Η. B. СМИРНОВА, B. П. ЯКУШЕВ

СВОЙСТВА КОЛЛЕКТОРОВ ПЕСЧАНОГО ТИПА НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1 9 6 9

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О «НАУКА»М О С К В А

ВВЕДЕНИЕ

Исследование влияния глубины залегания на свойства осадочных по­род, в том числе и пород-коллекторов, имеет важное научно-теоретическое значение в современной геологии. Данные глубинных исследований не­обходимы для решения многих важных практических задач нефтяной геологии, возникающих при поисках, разведке и разработке глубоких газо-нефтяных залежей.

В настоящее время буровые скважины достигли глубин 5—7 км и дали материалы для изучения свойств глубокопогруженных пород. С целью изучения строения глубоких недр земли разрабатываются проек­ты бурения скважин глубиной 10—15 км. Представления о свойствах осадочных пород на таких больших глубинах основываются на данных, геофизики и экспериментальных лабораторных исследований в условиях высоких давлений.

В связи с освоением глубоких недр земли широко развиваются экспе­риментальные и петрофизические исследования свойств глубокозалегаю­щих отложений. Опубликованы первые работы об изменении физических η петрофизических свойств осадочных пород с увеличением глубины за­легания (Добрынин, 1965; Карпов, 1964; Комаров, Постников, 1964; Теодорович, Чернов, 1965; и др.). Сведения о формировании свойств глубокозалегающих (до 5—7 км) терригенных пород различного возраста содержатся в работах, посвященных изучению процессов эпигенеза (Кос­совская и др., 1957; Коссовская, 1962; Шутов, 1962; Копелиович, 1958, 1965; Чепиков и др., 1959; Перозио, 1962).

В задачу данной работы входило изучение коллекторских свойств песчаных пород в зависимости от увеличения глубины их залегания. Для разработки этой проблемы были привлечены материалы петрофизи­ческих исследований (минералогический состав, структура, пористость и проницаемость) песчаных пород девонского и рифейского возраста, осу­ществляемых по образцам керна из глубоких скважин (1,6—5 км), и дан­ные экспериментальных исследований деформационных и коллекторских свойств песчаников в условиях высоких давлений и повышенных темпе­ратур, соответствующих глубинам 10—15 км. Совместное проведение указанных исследований позволяет контролировать и увязывать экспе­риментальные параметры с петрофизическими характеристиками пород.

В работе изложены методика петрографических исследований, резуль­таты изучения петрофизических свойств песчаников девона и рифея по ряду глубоких скважин Урало-Волжской области и сделаны выводы

5

о влиянии возраста и глубины залегания на их коллекторские свойства. Далее представлены экспериментальные исследования песков и. песчани­ков в условиях высоких давлений (до 3000 кГ/см2) и повышенных тем­ператур (до 300°С); приведено сравнение действия некоторых уплотняю­щих процессов на свойства песчаных пород в природных и опытных ус­ловиях.

Петрографические исследования природных песчаников и экспери­ментальных образцов выполнены Н. В. Смирновой. Экспериментальные исследования при высоких давлениях и повышенных температурах вы­полнены В. П. Якушевым. Авторы искренне признательны К. Р. Чепико- ву и Л. А. Шрейнеру за ценные советы и помощь в проведении исследо­ваний.

Г Л А В А П Е Р В А Я

МЕТОДИКА ПЕТРОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЦЕМЕНТАЦИИ В КОЛЛЕКТОРАХ ПЕСЧАНОГО ТИПА

При изучении вещественного состава песчаников, как известно, со­стоящих из зерен и цемента, до последнего времени главное внимание уделялось зернам. Цемент же характеризовался весьма схематично. Подоб­ная постановка дела привела к тому, что данные об обломочном матери­але и о цементе песчаников оказались неравноценными. Это не только затрудняет фациальный анализ и корреляцию песчаных отложений, но и задерживает изучение закономерностей изменения коллекторских свойств, неоднородности строения и эффективной мощности песчаных пластов потому, что последние в значительной мере определяются цемен­тацией.

В данной работе наряду с изучением обломочных и аутигенных зерен большое внимание уделялось цементации. В исследованных породах цементы представлены глинистыми и аутигенными минералами; в значи­тельной мере цементация пород явилась результатом срастания зерен.

. Обломочный материал и цементирующие компоненты рассматривались как взаимосвязанные структурно-минеральные ассоциации. Определение структурно-минеральных изменений обломочных и аутигенных компонен­тов позволяло нам восстанавливать историю формирования состава, струк­туры и свойств песчаных пород (в том числе и цементации) на разных стадиях их существования.

Состав, структура и взаимоотношения зерен и цемента песков, пес­чаников и алевролитов изучались микроскопическим методом главным образом по шлифам. Для сохранения в шлифах структуры пористых пес­чаников (особенно рыхлых разностей) образцы перед расшлифовкой на­сыщались под вакуумом бесцветным бакелитом с последующим высуши­ванием при температуре до IOO0C в течение 20—30 часов.

В шлифах под микроскопом определялись: I) минералогический со­став зерен1; 2) гранулометрический состав зерен2; 3) форма зерен и из­менения их первоначальной формы; 4) минералогический состав цемен­тирующих минералов; 5) количество цементирующих минералов; В) вза­имоотношения минералов цемента с зернами и между собой, по которым устанавливалась стадийность их образования; 7) тип минерального це­мента; 8) структура цемента; 9) наличие или отсутствие цементирую­щих аутигенных минералов состава, одинакового с составом обломочных зерен (регенерационные кварц, п о л ете шпаты); 10) длинные контакты соприкосновения зерен, обусловленные приспособлением (поворотами и смещениями) зерен; 11) длинные контакты срастания зерен, образован­ные нарастанием на обломочных зернах аутигенных минералов одинако­вого с ними состава, т. е. образованные регенерацией и увеличением зе­

1 Точные определения показателей преломления минералов цемента и зерен ве­лись в иммерсионных препаратах (Мильнер, 1946).

2 Гранулометрический состав, определенный геометрическим методом в шлифах {Батурин, 1947), был использован в первую очередь при исследовании сильносцемен- тированных песчаников, для которых седиментационный и ситовой анализы невоз­можны.

7

рен; 12) длинные контакты срастания зерен, образованные растворением соприкасающихся зерен в условиях сжатия (при уменьшении размеров зерен); 13) форма длинных контактов; 14) количество длинных контак­тов в процентах от общей суммы; 15) степень цементации путем сраста­ния зерен; 16) пористость по содержанию бакелита в лорах.

Пористость (полная, открытая, эффективная) определялась для всех изучавшихся образцов. Газопроницаемость на приборе ЛП-1 устанавли­валась в слабо- и среднесцементи [lop.ainιτ,ιχ песчаниках и алевролитах. В силыгосцементированных разностям определения проницаемости дела­лись для отдельных типов образцов.

Проведенные исследования песчаных пород из различных районов Советского Союза (Предкарпатье, Урало-Поволжье, Предкавказье и др.) позволили нам дополнить представления о цементе в песчаных породах (Смирнова, 1954, 1959, 1961). В настоящей работе сведены все получен­ные нами данные о подразделении цементов и о влиянии различных це­ментов на коллекторские свойства песчаников. В природных песчаниках встречаются два вида цементирующих образований:

1. Цементы, представленные глинистыми, аутигенными и вулканоген­ными Mimep алами. Они цементируют породу путем частичного или пол­ного аа пол пения пространства между зернами. Это — минеральные це­менты.

2. Цементация срастанием зерен по длинным контактам, возникаю­щая как путем растворения в зонах соприкосновения зерен, так и пу­тем нарастания иа зернах аутигенных минералов одинакового с ними со­става. Цементация срастанием зерен характеризуется сокращением (су­жением) порового пространства без участия цементирующих минералов и заполнением его только такими аутигенными минералами, которые имеют одинаковый состав с обломочными зернами (регенерация зерен). Участие аутигенного кварца и полевых пшатов в цементации срастанием зерен является наиболее распространенным. В мономин-ералыгых квар­цевых песчаниках девонского и рифейского возраста в подобного рода цементации принимает участие только регенерационный аутигенный кварц.

МИНЕРАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Микроскопическое исследование песчаных пород в шлифах позволяет установить седиментогенетические, диагенетические и эпигенетические цементирующие минералы (Ермолова, 1953; Коссовская, 1962; Страхов, 1962; Теодорович, 19586). Проведенное нами изучение седиментогенети-’ ческих и постседиментационных минералов цемента показало, что для оценки степени цементации песчаников весьма важно установить тип цемента по признаку взаимоотношений его с зернами (Смирнова, 1954). В наиболее полной из прежних сводок по цементации М. С. Швецовым (1948) указано пять типов цемента по этому признаку (пленочный, по­ровый, базальный, контактовый, сгустковый).

Разделение цементов на группы равномерных, смешанных и сгустко- лых позволило нам выделить значительно больше типов, которые дают возможность охватить всё многообразие минеральных цементов, встре­чающихся в песчаных породах (Смирнова, 1954, 1957, 1961).

Равномерные цементыРавномерные цементы характеризуются одинаковыми взаимоотноше­

ниями зерен и цемента во всем образце (шлифе), т. е. во всех участках шлифа цемент относится к одному типу. Это пленочный, контактовый, по­ровый или базальный типы. Кроме них к группе равномерных цементов

Рис. I. Схематические диаграммы типов минерального цемента по взаимоотношению1 с зернамиI — равномерные цементы; 2 — смеш анные цементы; 3 — сгустковые

S t t

S

Рис. 2. Принципиальные зарисовки типов цемента по взаимоотношению с зернами

I — S — типы равномерной цементации: I — пленочный, 2 — контактовый, S — поровый, 4 — не­полно-поровый, 5 — базальны й; 6— 10 — типы смеш анной цементации: S — порово-пленочный, 7 — поровый и неполно-поровый, 8 — смеш анный, 9 — смеш анно-поровый, 10 — смеш анно-ба- зальный; I l — 15 — типы сгустковой цементации: I l — неравномерно-базальный; 12 — неравно- мерно-поровый, 13 —■ неравномерны й неполно-поровый, 14 — сгустковый, 15 — неравномерно- сгустковый

9

следует отнести неполно-поровый тип, когда цементирующие минералы присутствуют во всех порах между соприкасающимися зернами, но выпол­няют их не полностью (рис. I, 2)..

Однако в природных песчаниках подобные идеальные равномерные соотношения зерен и цемента встречаются редко. Чаще наблюдаются более сложные взаимоотношения между зернами и цементом, которые обусловлены неравномерным распределением цементирующих минералов.

Неравномерные цементы

При неравномерном распределении цементирующих минералов раз­личаются два случая: а) в- разных участках: шлифа наблюдаются различ­ные (из приведенных выше) типы цемента (пленочный, поровый, базаль­ный, неполно-поровый); подобные цементы представляется удобным на­звать смешанными; б) в шлифе видны участки с разными цементами (пленочный, поровый, базальный) и участки или отдельные поры, не со­держащие цемента. Для таких случаев удачен, по-видимому, термин М. С. Швецова (19486) — сгустковые (пятнистые) цементы.

Таким образом, в группе неравномерных цементов следует выделить подгруппы смешанных и сгустковых типов.

С м е ш а н н ы е т и п ы определяются тем, что цементирующие мине­ралы присутствуют во всех участках шлифа, но имеют в них разные фор­мы цементащги (пленочный, поровый, базальный). Присутствие цемента по всех участках шлифа является отличительным признаком от сгустко­вых JicMeriTOB, а разные- формы цементации на этих участках отличают смешанные типы от равномерных.

При смешанной цементации могут быть разные типы в зависимости от присутствующих в шлифе форм выделения цементирующих минералов (два-три или все пять типов) и от объемных соотнощений участков с раз­личными цементами (могут быть как равные соотношения, так и преоб­ладание одной из форм цементации).

Равные соотношения по занимаемому объему (площади шлифа) дают следующие типы: поровый и базальный, поровый и пленочный, а также собственно смешанный тин. Смешанным по взаимоотношению с зернами цемент следует называть тогда, когда участки более двух форм цемента­ции (пленочш.тй, поровый, базальный) имеют равные соотношения между собой.

При преобладании участков того или иного цемента могут быть такие типы: норово-базальный, базально-поровый, пленочно-поровый, базаль­но-пленочный, а также смешанно-базальный, смешанно-пленочный, сме- шанно-поровый.

Характеристика смешанных цементов и их возможные количествен­ные содержания даны в табл. I. Принцип подразделения типов цемента показан на рис. I и 2.

Редко встречающиеся контактовый и неполно-поровый цементы не включены в диаграмму (рис. I). Следует учитывать, что неравномерные типы возможны и с участием этих форм цементации. Для сочетания более трех разновидностей цемента диаграмма должна быть представлена не треугольником, а соответственно квадратом или пятиугольником. Однако чаще всего встречаются сочетания участков и микроучастков с пленоч­ным, поровым или базальным типами цемента.

В изученных многочисленных образцах песчаных пород мы не встре­тили контактового цемента. Распространенные указания на контактовый тип в описаниях других авторов, очевидно, объясняются тем, что пле­ночный цемент на контактах зерен может быть принят за контактовый тип.

10

Т а б л и ц а !

Типы минеральных цементов по признаку взаимоотношения с зернами

Цементы Х арактеристика цементовСодержание цемента (в %

от породы; подсчет в ш лифах)

Гру

ппы

Под

груп

- I

ПЫ

Типы П одгруппа Тин

I Ра

вном

ерны

й I

Равн

омер

ные

Пленочный Во всем шлифе це­мент относится к од­ному типу

П окры вает пленками все зерна

5 — 10

Контактовый Развит на контактах сопри­косновения всех зерен

5—10

Поровый Выполняет полностью все поры между соприкасаю ­щимися зернами

15—30

Б азальны й Цемент представляет массу, в которую погруж ены несо- прикасаю щ иеся зерна

45— 55 (ино­гда до 60)

D3шасSоВm<Sа■о»

1 С

меш

анны

е

Неполно-поровый П рисутствует во всех порах между соприкасаю щ и­мися зернами, но выполняет их не полностью

8—20

Поровый и неполно- поровый

Одни поры между соприкасаю щ имися зернами пол­ностью заполнены цементом, а другиэ — не полно­стью

10—25

Порово-пленочный Цемгнт в одних участках (до I— 5 мм) пленочный, а в дру­гих — поровый

П реобладаю т участки с п л е­ночным цементом

6—15

Поровый и пленоч­ный

Р авны е соотношения участ­ков поровой и пленочной цементации

7— 20

Пленочно-поровый Преобладаю т участки с по­ровым цементом

12—25

П орово-базальны й Цемент в одних участках (до I— 5 л.и) поровый, а в других— базальны й

Преобладают участки с ба­зальны м цементом

3 5 — 45

Поровый и б азаль­ный

Равное соотношение участ­ков с поровым и участков с базальным цементом

3 0 — 45

Базально-поровы й П реобладают участки с по­ровым цементом

20— 35

Смешанный Цемент в одних участках (до I— 5 м ) и м икролинзах пле­ночный, в других участках — поровый, а в третьих — базаль­ный

Равны е объемные соотно­ш ения участков между со бой

2 1 — 33

Смешанно-пленочный Преобладание пленочной цементации

10— 20

С мешанно-по ровый Преобладание участков с поровым цементом

2 0 — 30

Смеш анно-базальный П реобладают участки с ба­зальны м цементом

25— 40

Сгу

стко

вые

Н еравномерно-поро-вый

Выполняет полностью, но не все поры между со­прикасаю щ имися зернами

1—25

Н еравном°рньгй не- полно-ггоровьгй

Выполняет полностью, но не все поры между со­прикасаю щ имися зернами

1—15

Н еравномерно-ба- У частки базального цемента образуют р а зо б щ е н -I 3 — 20 зальны й (спорадиче- ные вклю чения среди несцементированных зеренсний) I I

Т а б л и ц а I (окончание)

• Цементы Х арактеристика цементовСодержание

цемента (в % от породы; подсчет в ш лифах)

Гру

ппы

Под

груп

­пы

Типы П одгруппа Тип

Н еравномерно-пле­ночный

П ленкам и цемента покры ты не все зерна 1— 5

Сгустковый Цемент в одних участках и микро­линзах ш лифа пле­

Равное соотношение участ­ков без цемента и различ­ных форм цементации

16— 30

а>2в&

<и

№О

Сгустково-пленочныйночный, в других — поровый (или базаль­ный) при наличии участков без цемента

П реобладаю т участки с пле­ночным цементом

10— 25

ОВм&к.

E-OЕчQ

Сгустково-поровый П реобладаю т участки с по­ровым цементом

15— 35

Сгустково-базальный Преобладаю т участки с ба­зальны м цементом

2 0 — 40

' Неравномерно-сгуст- ковый (спорадиче­ский)

П реобладают участки без цемента

5— 15

С г у с т к о в ые т и п ы определяются наличием участков (до I —5 мм), микроучастков, микролинз и отдельных пор, в которых цемент отсутст­вует. Это является особенностью подгруппы сгустковых цементов и слу­жит отличительным признаком от смешанных типов.

Сгустковая цементация весьма распространена в песчаных породах. Среди сгустковых цементов встречается ряд типов: собственно сгустковый, сгустково-поровый, сгустково-базальный, сгустково-пленочный, неравно- мерно-сгустковый, неравномерно-поровый неравномерно-базальный (спо­радический, по П. П. Авдусину). Характерные признаки и количествен­ные содержания сгустковых типов цемента приведены в табл. I. Принцип подразделения их показан на рис. I. Зарисовки некоторых сгустковых типов представлены на рис. 2.

Неравномерно-поровый цемент, в отличие от равномерно-порового, выполняет полностью, но не все поры между соприкасающимися зернами. Количество его может колебаться от 1% до 25%. По мере увеличения его содержания тип цементации будет все больше приближаться* к равномер- но-поровому (25—30%).

Неравномерный неполно-поровый цемент характеризуется тем, что присутствует не во всех порах между соприкасающимися зернами и вы­полняет их не полностью. Такой тип образуется, когда цементирующие минералы выделяются в свободных порах осадка или породы, заполняя их не полностью. Этот тип встречается в песчаниках девонского возраста Урало-Поволжья и представлен аутигенным кварцем второй гене­рации.

Возможны случаи происхождения подобных типов в результате ча­стичного и полного выщелачивания цементирующих минералов из ранее целиком выполненных пор.

Собственно сгустковый цемент характеризуется наличием участков (поперечник — до I —5 мм) с поровым, базальным, иногда и с пленочным цементами, а также участков без цементирующих минералов, при равных соотношениях этих участков между собой по площади шлифа. Количество сгусткового немента, образованного поровой и базальной формами выделе-

12

ния цементирующих минералов и участками без последних, может коле­баться от 20 до 30% *·

Сгустковый известковый цемент детритусового происхождения мы наб­людали в песчаниках угерской свиты Предкарпатья (Смирнова, 1954),

Сгустковый цемент глинистого состава обычно содержит и участки с пленочным цементом. Содержание такого сгусткового цемента будет коле­баться от 10 до 25% 2. Глинистый цемент сгусткового типа часто встреча­ется в песчаниках и алевролитах терригенной толщи девона Урало-Волж­ской области (табл. VI).

Цементирующая часть песчаников (особенно в более древних отложе­ниях) может быть представлена несколькими минералами, которые могли выделяться в определенной последовательности в стадиях седиментоге­неза, диагенеза, эпигенеза. Тогда установить тип цемента сложнее, чем в образцах с мономинеральным цементом. В породах с неоднородным соста-' вом цемента тип цементации устанавливается определением взаимоотно­шений с зернами сначала для каждого из цементирующих минералов, а из суммы типов последних определяется общий тип цементации породы.

Степень цементации минераламиПриведенные характеристики различных типов цемента показывают,

что степень заполнения порового пространства песчаных пород цементи­рующими минералами зависит от типа цемента по взаимоотношению с зернами и от количественного содержания его. Однако содержание це­мента не является главным в характеристике -степени минеральной це­ментации вследствие того, что оно может быть близким и одинаковым у различных типов цемента (табл. I). Например, при содержании 20—25% цемент может быть равномерным поровым, сгустковым, смешанным и др. В первом случае (20—25% порового цемента) пространство между зер­нами полностью заполнено цементирующими минералами, тогда как во втором случае (20—25% сгусткового цемента) неравномерное распреде­ление обусловливает наличие системы микроучастков, которые совсем не содержат цемента или они не полностью зацементированы им.

Таким образом, степень цементации песчаников (степень выполнения промежутков между зернами цементирующими минералами) определяется типом и количеством цемента. Только по одному количеству цемента нель­зя судить о степени цементации песчаных пород, потому что содержание цемента может быть одинаковым при разных типах (табл. I.)

Типы минеральных цементов по структуре цементирующих минералов

Кроме взаимоотношений зерен с цементом имеются и другие признаки, которые также характеризуют цементацию. Структура цемента оказывает влияние на такие свойства пород, как прочность, хрупкость и другие. По структуре выделены следующие типы цемента: I) цемент обрастания (крустификационный); 2) цемент нарастания (регенерационный); 3) це­мент прорастания (пойкилитовый) и 4) цемент разъедания (корризион- ный). Все эти цементы описаны в руководстве М. С. Швецова (1948). Кроме того, по структуре можно выделить следующие разновидности це­мента: аморфный, пелитоморфный, микрозернистый, тонкозернистый, мелкозернистый, среднезернистый, крупнозернистый, разнозернистый.

При изучении песчаных пород необходимо характеризовать различные признаки минерального цемента, а не ограничиваться характеристикой

1 (15 : 3) + (45 : 3) = 20 и (30 : 3) + (60 : 3) = 30.2 (15 : 4) + (4 : 4) + (45 : 4) =15,9 и (30 : 4) + (10 : 4) + (60 : 4) =25.

13

какого-то одного из них, так как описание одного признака ничего не го­ворит о других. Почти каждый из типов цемента по структуре может на­блюдаться при разных типах по признаку взаимоотношения пимента с зер­нами. Например, цемент прорастания (пойкилитовый) мы наблюдали при базальном, базально-поровом и поровом типах. Цемент разъедания встре­чается как при равномерных базальном и поровом типах, так и при всех сгустковых типах. Цемент нарастания (регенерационный) в одних пес­чаниках относится к поровым типам (неравномерно-поровый, неравно­мерный неполно-поровый), а в других — к пленочно-поровым и базально- поровым типам (табл. XI, XII).

Bae изложенное выше показывает, что представление о цементации пес­чаных пород можно получить только в результате тщательного изучения всех особенностей цементирующих минералов: минералогического состава, структуры, взаимоотношения с зернами, количества, последовательности образования. При этом для оценки степени заполнения промежутков меж­ду зернами в песчаных коллекторах важны типы цемента по взаимоотно­шению с зернами. Правильное определение последних необходимо также для выяснения последовательности выделения и генезиса цементирующих минералов в песчаных породах.

ЦЕМЕНТАЦИЯ СРАСТАНИЕМ ЗЕРЕН

Срастание зеренВ песчаных породах, как показали исследования петрографов, нередко

встречаются структуры срастания зерен. Эти структуры развиваются в эпигенезе и свойственны лишь первичнопористым песчаникам и алевро­литам, которые до развития структур срастания зерен были не сцементи­рованы или не полностью сцементированы.

Структуры срастания зерен в песчаных породах впервые описаны аме­риканскими исследователями (Waldschmidt, 1941; Taylor, 1950; Lowry, 1956; Heald, 1956). Широкое развитие структур срастания зерен позже было показано советскими литологами в отложениях рифея, палеозоя и мезозоя (Копелиович, 1958, 1960; Коссовская, 1962; Шутов, 1962; и др.). В настоящее время у нас и в США ведутся интенсивные исследования закономерностей развития структур срастания зерен в песчаниках.

Нами срастание зерен изучалось в песчаных породах девонского и рифейского возраста Урало-Волжской области (Смирнова, 1961). Сраста­ние зерен происходит в результате образования длинных (до всего раз­мера зерен) контактов, по которым сочленяются и взаимосвязываются зерна песчаников и алевролитов.

Удлинение контактов сопряжения зерен сокращает размеры пор между зернами. Чем длиннее контакты между зернами, тем меньше межзерновая пористость. Конечным итогом удлинения контактов соприкосновения (до размера диаметра зерен) является уничтожение межзерновой по­ристости, когда все обломочные зерна, изменяясь, срастаются друг с дру­гом по длинным контактам и образуют непористые агрегаты (табл. VIII, XI, XII, X III).

Таким образом, срастание зерен, вызывая уменьшение пористости и проницаемости, оказывает воздействие, аналогичное цементации. Поэтому, по-видимому, возможно выражение цементация срастанием зерен.

Цементация срастанием зерен развивается только в первичнопористых песчаниках в эпигенезе, что будет показано нами в главах III и IY на­стоящей работы и доказывалось другими исследователями (Копелиович, 1958; Коссовская, 1962; Шутов, 1962; и др.).

Срастание зерен сильно отличается от минеральных цементов. Если последние цементируют песчаные породы посредством заполнения меж-

зернового пространства минералами, осаждающимися во все стадии лито­генеза, или седиментационно-вулканогенным путем, то цементация сра­станием зерен свойственна стадии эпигенеза и обусловливает сокращение (сужение) пор между зернами. Она образуется только в первичнопори­стых песчаниках как без участия аутигенных минералов, так и при уча­стии, но только таких аутигенных минералов, которые имеют состав, одинаковый е составом обломочных зерен, и являются регенерационными. Цементация срастанием зерен всегда сопровождается изменением формы зерен песчаных пород.

Цементация срастанием зерен в изученных нами кварцевых и полево­шпатово-кварцевых песчаниках и алевролитах устанавливалась в шли­фах под микроскопом по наличию следующих признаков:

1) изменение первоначальной формы обломочных зерен в результате растворения под давлением поровыми растворами краев зерен в контак­тах их соприкосновения, что вызывает уменьшение размеров и неправиль­ность форм зерен (табл. I, III, VIII, X, X III);

2) изменение кварцевых и полевошпатовых зерен в результате нара­стания на них аутигенных кварца и полевых шпатов (регенерация зерен), что обусловливает увеличение зерен (табл. IV, XI, X II) ;

3) как отсутствие, так и наличие аутигенных регенерационных квар­ца и полевых шпатов;

4) удлиненные и длинные (до всего размера зерен) контакты сра­стания зерен различной формы (линейные, извилистые, зазубренные), образованные растворением в контактах под давлением и регецерацией зерен;

5) срастание и врастание зерен по длинным контактам с возникнове­нием то большего, то меньшего количества непористых агрегатов.

Указанные признаки взаимосвязаны. Поэтому в шлифах они наблю­даются вместе. Исключение нередко составляют отсутствующие аутиген­ные регенерационные кварц и полевые шпаты, когда цементация путем срастания зерен развивается без них. Чем сильнее срастание зерен, тем отчетливее наблюдается развитие признаков цементации срастанием зерен.

В кварцевых и полевошпатово-кварцевых песчаниках удлиненные и длинные контакты срастания зерен, развивающиеся при отсутствии аути­генных регенерационных минералов (кварца и полевых шпатов), мы относим к контактам растворения, считая их образованными растворе­нием в местах соприкосновения зерен в результате геостатического давле­ния и воздействия благоприятной минерализации и pH растворов, повы­шенной температуры и других факторов. Свидетельством происходив­шего по контактам растворения являются микроизвилистость контактов и наличие каём, подготовленных к растворению (табл. I).

Аутигенные регенерационные кварц и полевые шпаты обусловливают присутствие регенерационных длинных контактов, а также контактов регенерации и растворения. Таким образом, цементация срастанием зерен характеризуется тремя генетическими типами удлиненно-длинных кон­тактов срастания зерен (табл. 2).

Регенерационные аутигенные минералы отличаются одинаковой с ми­нералами обломочных зерен оптической ориентировкой. Вообще говоря, выделения аутигенного кварца и полевых шпатов в песчаниках могут и не быть регенерационными. Тогда они оптически ориентированы неза­висимо от обломочных зерен и не принимают участия в образовании длинных контактов срастания зерен, представляя собою обычный мине­ральный цемент. В изученных песчаниках подобные нерегенерационные кварцевые и полевошпатовые цементы не были встречены. ,

Необходимо учитывать, что до развития цементации срастанием зерен в песках все соприкосновения зерен имеют некоторую (до 0,2—

Т а б л и ц а 2Срастания зерен по длинным контактам растворения и регенерации' в кварцевых

Типы срастания зерен по наличию и отсутствию регенерационны х аутигенных минералов

Количество аутигенных

регенерацион­ных минера­

лов в % от породы

Генетические типы длин­ны х контактов срастания

зерен

I тип С аутигенными реге нерационными мине­ралами (кварц, ноле вые шпаты) *

I1. С аутигенными р ех’е нерационными минераламиранних генераций **

1— 25

I3. С аутигенными регенерационными минералами позд­них генераций ***

1— 5

I3. С аутигеннымирегенерационными минералами ранних и поздних регене­раций

1— 27

а. Регенерационные кон­такты (обусловлены встречными нарастания­ми аутигенных минера­лов на несоприкасаю- щ ихся обломочных зер­нах)

б. Контакты регенера­ции и растворения (обус­ловлены регенерацией и последующим раство­рением в контактах об­ломочно-регенерацион­ных и обломочных зе­рен)

II типБез аутигенных регенерационных Минералов

Отсут. в. Контакты растворе­ния (обусловлены раст­ворением в контактах обломочных зерен)

* Регенерационны е полевые шпаты отсутствуют в кварцевы х песчаниках.** Наросты к в ар ц а и полевы х шпатов вокруг несоприкасаю щ ихся обломочных зерен.

0,6 мм) протяженность (см. табл. 13), а также присутствуют длинные кон­такты не срастания, а простого приспособления зерен, которые обуслов­лены поворотами, смещениями и удачным расположением смежных зе­рен. Длинные контакты простого приспособления зерен отличаются от длинных контактов срастания неизменными первоначальными формами зерен, отсутствием взаимодействия (срастания) и другими признаками. Это позволяет определять их в шлифах.

Цементация срастанием зерен широко распространена в первичнопо­ристых песчаниках девонского и рифейского возраста Урало-Волжской области. В отложениях девона и рифея цементация срастанием зерен от­сутствует только в первично полностью сцементированных седиментоге- нетическими и диагенетическими минералами алевролит-песчаниках.

Первичная пористость является одним из определяющих факторов в развитии цементации срастанием зерен, что служит одним из свиде­тельств эпигенетического образования такой цементации. Она возникает в результате постепенного развития эпигенетического взаимодействия пластовых водных растворов с зернами в условиях гсостатического сжа­тия (растворение в контактах зерен и переотложение растворенного ма­териала в виде регенерационных минералов).

Степень цементации срастанием зерен

Критерием интенсивности развития такой цементации и влияния ее на уменьшение коллекторских свойств первичнопористых песчаных пород являются длинные и удлиненные контакты срастания зерен. Подсчет

16

и полевошпатово-кварцевых песчаниках Урало-Волжской области

Ф орма контактов срастания зерен Ф орма измененных зерен

М икроизви-листость

контактов

Кайм ы раст­ворения

П рямол ине йные, извил и- стые, выпукло-вогнутые

Обломочно-регенерационные, неправильные и с кристалло­графическими очертаниями

Отсут. Отсут.

Выпукло-вогнутые, извили­стые, зазубренные

Обломочно-регенерационно- растворенные, неправильные, иногда с кристаллографичес­кими очертаниями

Присут. Присут.

Прямолинейные, выпукло- вогнутые, извилистые, за ­зубренные

*** Наросты к вар п а и полевых

Обломочно-растворенные; от нечеткого до четкого непра­вильного изменения первона­чальных обломочных форм

шпатов в порах на соприкасаю щ ихс

»

я зернах.

таких контактов весьма сложен, особенно в случаях среднеразвитого срастания, когда удлинение контактов срастания зерен не достигает всего размера зерен. Удлиненные контакты срастания зерен иногда трудно от­личить от контактов простого приспособления зерен, которые также ха­рактеризуются удлиненностью (табл. 13). Преобладание или исключи­тельное развитие длинных контактов (до всего размера зерен.) значитель­но упрощает подсчеты контактов срастания зерен.

Тейлор (Taylor, 1950) предложил метод подсчетов в шлифах количе­ства различных контактов (точечных, тангенциальных, линейных, вы- пукло-вогнутых, сутурных) в процентах от общей суммы контактов между зернами. Было показано, что число, удлиненность и форма контактов зависят от глубины залегания песчаных пород.

О. А. Черников (1964) применил метод расчета протяженности кон­тактов между зернами. Значения удельной протяженности контактов ис­пользованы им для оценки пористости и степени эпигенетической изме­ненное™ песчаников. Следует отметить, что приведенные значения удель­ной протяженности контактов для мелкозернистых кварцевых песчаников в стадиях диагенеза и начального эпигенеза не являются достаточно обоснованными: во-первых, интенсивность срастания зерен характеризу­ется как удлиненностью, так и формой контактов; во-вторых, не установ­лена исходная (седиментогенетическая) протяженность · контактов, кото­рая зависит не только от гранулометрического состава, но и от окатанности обломочного материала; наконец, очевидно, что расчет про­тяженности контактов дает значительные отклонения в песчаниках, со­держащих то или иное количество минерального цемента, с которыми обычно и приходится иметь дело.

В данной работе, следуя методу Тейлор (Taylor, 1950), для определе­ния степени цементации срастанием зерен мы подсчитывали количество различных длинных и удлиненных контактов срастания в процентах от суммы всех контактов. Кроме того, по соотношению между цементацией минералами устанавливалось общее значение цементации срастанием зе­рен в различных песчаниках. Подсчитывались длинные (до всего размера зерен) и удлиненные (от 0,20 мм) контакты срастания зерен: а) регене­рации, б) регенерации и растворения, в) растворения, г) удлиненно-длин- ные контакты простого приспособления зерен.

Контакты срастания зерен (а, б, в) определялись по измененности первоначальных форм обломочных зерен и срастанию обломочно-изменен- ных зерен.

Контакты регенерации и растворения образовались в результате ре­генерации зерен и последующего растворения под давлением в контактах обломочно-регенерационных зерен. Они отличаются микроизвилистостью контактов, каймами растворения и неправильностью обломочно-регенера­ционно-растворенных зерен.

Контакты растворения образовались в результате растворения в кон­тактах обломочных зерен под давлением и характеризуются неправиль­ными формами обломочно-растворенных зереп, наличием каём растворе­ния на их краях и микроизвилистостью контактов.

Контакты простого приспособления устанавливались по отсутствию изменения первоначальных форм обломочных зерен и по отсутствию взаимодействия (срастания) зерен.

Степень цементации срастанием зерен определялась нами подсчетом количества удлиненных и длинных контактов срастания зерен.

Количество удлиненных и длинных контактов простого приспособле­ния зерен примерно одинаково для песчаников определенных фациально- стратиграфических подразделений. Так, в девонских песчаниках Урало- Волжской области они составляют 5—7% от суммы всех контактов, а в песчаниках рифейского возраста длинные контакты приспособления почти не сохранились (длинные контакты срастания зерен составляют 100%). Указанное постоянство позволяет не учитывать контакты при­способления при определении степени цементации срастанием зерен в песчаниках тех или иных стратиграфических подразделений.

ВЛИЯНИЕ ЦЕМЕНТАЦИИ НА КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНИКОВ

Известно, что цементация значительно влияет на показатели пори­стости и проницаемости песчаных пород. Первые данные о снижении пористости и проницаемости песков и песчаников при увеличении коли­чества цемента приведены И. М. Губкиным и Ф. А. Требиным (1945). П. П. Авдусин и М. А. Цветкова (1943) показали, что эффективная по­ристость песчаников зависит от структуры порового пространства. Е. П. Ермолова (1953) и Е. А. Абрамова (1956) исследовали влияние процессов аутигенного минералообразования на структуру порового пространства и коллекторские свойства песчаников. М. А. Цветкова экспериментальными исследованиями влияния различных глин на про­ницаемость песка установила наиболее снижающее действие монтморил­лонита. А. А. Ханин (1956), М. П. Балуховский и В. Я. Клименко (1955), А. В. Минзберг (1958), В. Г. Малышек, О. К. Обухов (1960) и другие· приводят зависимости пористости и проницаемости от количества цемента в песчаных породах различных нефтегазоносных областей. Т. Т. Клубова (1965), начав детальные исследования глинистых цементов в песчаных коллекторах девона, установила, что различное влияние глинистых ми­

18

н^ралов обусловлено строением силикатного слоя, обменными катионами историчными изменениями. Нами (Смирнова, 1954, 1959, 1961) получены зависимости проницаемости от количества минерального цемента раз­личных типов и от степени срастания зерен, t Приведенные работы показывают, что кроме количества цемента на

коллекторские свойства влияют типы цементации; нлияние этих двух факторов может быть осложнено (особенно в не полностью сцементиро­ванных породах) минералогическим составом цемента и минерализацией вод, которые еще слабо изучены. В последнее время установлена значи­тельная роль эпигенетической цементации срастанием зерен, которая усиливается с увеличением возраста пород.

Зависимость между количеством и типами минеральных цементов и проницаемостью

Исследование указанных зависимостей проводилось на примере песча­ников угерской свиты (Предкарпатский прогиб), гранулометрический и минералогический состав и укладка зерен которых практически могут считаться одинаковыми, а типы цемента различны (Смирнова, 1954). Сравнивались песчаники с кальцитовым цементом, за исключением неко­торых образцов с глинисто-кальцитовым цементом.

Проведенное изучение показало, что величина проницаемости зави­сит как от типа цемента (по взаимоотношению с зернами), так и от количества цемента. Закономерные зависимости проницаемости наблюда­ются только в пределах выделенных групп (равномерных, смешанных и сгустковых) типов цемента. He учитывая тип цемента, установить зави­симость проницаемости от количества цемента не удается потому, что оно может быть одинаковым у разных типов (табл. 1).

Полученные зависимости величин газопроницаемости от количества цемента различных типов в мелкозернистых кварцевых песчаниках угерской свиты мелового (?) возраста изображены на рис. 3 и сведены в табл. 3.

Первая кривая показывает, что при 15% порового цемента газопро­ницаемость составляет < 100 млд, а при количестве равномерного це~ мента больше 15% (равномерно-поровый, базальный) проницаемость< 10 млд.

На второй кривой видно, что при значительно более высоком содер­жании неравномерных сгустковых цементов (25—50%) газопроницае­мость песчаников остается значительной (1500—150 млд),

Третья кривая изображает зависимость газопроницаемости от увели­чения содержания неравномерно-порового цемента до равномерно-поро- вого. При 10% неравномерно-порового цемента газопроницаемость мо­жет достигать 3000 млд.

Высокие значения проницаемости песчаников с неравномерными це­ментами, несмотря на значительно большее содержание его по сравне­нию с некоторыми равномерными типами, объясняются наличием микро- участков без цемента или неполностью зацементированных. Эти микроучастки, сообщаясь между собой и минуя зацементированные ми­кроучастки, обусловливают хорошую фильтрацию. ,

Полученные данные показали, что: а) коллекторами не могут служить только песчаники и алевролиты с равномерными поровым (25—35%), базальным (50%) и со смешанными базально-поровыми (35—50%) тинами цемента; при всех других типах минеральных цементов песчанЬ- алевритовые породы могут служить коллекторами для нефти и газа;б) содержание цемента в коллекторах песчаного типа может колебаться от долей процента до 50% в зависимости от типа цемента; в) определение количества и типов цемента позволяет установить степень цементации

2* 19

Т а б л и ц а 3

Оценка коллекторских свойств по типам минерального цемента в песчаниках, не имеющих цементации срастанием зерен

Тип м инерального цемента

К оличест­во цемента

в % от породы

Степеньцем ента­

ции

Г руппа кол л екто р а по степени цементации

Эффектив стость (по нию oanej

зопроница мелкозе

кварцевь ни

п эф, %

ная пори- содерж а-

ш та) и га - эмость для ряистых IX песча- <ов

K f млд

Неравномерно-пленоч­ныйПленочный Пор ово-п л еночны й Неравномерный непол­но-поровый Неполно-поровый Неравномерно-поровый Неравномерно-сгустко- в ы йСгустковыйНеравномерно-базаль­ный

1 - 3

5—66—10

1—108—151—105—15

16—203—15

Слабая Песчаники с очень высокими показате­лями емкости и про­ницаемости

(I группа)

> 1 0 >1000

Пленочно-поровыйПорово-пленочныйНеравномерно-поровыйСгустково-поровыйСмешанныйСмешанно-пленочный

12—2010—151 0 -2 015—3021—3315—20

Средняя Песчаники с хоро­шими показателями емкости и проницае­мости

(II группа)

5—10 200—1000

Пленочно-поровыйСгустково-базальныйСгустково-поровыйСмешанно-поровыйСмешанно-база льпыйНеравномерно-поровый

20—2530—4030—3525—3525—4020—25

Сильная Песчаники с удовле­творительными и низкими показате­лями емкости и про­ницаемости

(III группа)

1—5 1 -2 0 0

ПоровыйБазальныйБазально-поровыйПорово-базальный

2 0 -3 045—5520—3530—45

Оченьсильная

П есчаники-некол - лекторы с очень низ­кими показателями емкости и проницае­мости

(IV группа)

< 1 < 1

минералами и судить о пределах изменения пористости и проницаемости пеечаных пород.

В табл. 3 сведены величины эффективной пористости и проницаемости при различных количествах и типах цемента мелкозернистых песчаников угерской свиты, не имеющих цементации срастанием зерен.

Проведенные исследования позволили наблюдать, что от минералоги­ческого состава цемента зависят величины полной и открытой пористо­сти. Так, полная пористость плохих коллекторов (проницаемость< 100 млд) с глинистым или глауконитовым цементом может быть близ­кой и даже больше полной пористости хороших коллекторов (проницае-

20

Содержание цёЮен/па В % Количество длинных контикштодот пороЗь' срастания зерен в %

Рже. 3. Газопроницаемость мелкозерни- Рис. 4. Газопроницаемость песчаников, не стых кварцевых песчаников угерской содержащих минерального цемента, в за- свиты в зависимости от количества мине- висимости от количества длинных кон-

' рального цемента (кальцит) тактов срастания зеренI — газопроницаемость при равномерных ти- 1 — газопроницаемость м елкозернисты х квар- пах цемента (пленочный, поровый, базаль- цевых песчаников терригенной толщ и девона ны й); Z — газопроницаемость при сгустковы х Урало-Волж ской области; 2 — газопроницае- типах цем ента (неравномерно-сгустковый, сгу- мость крупнозернисты х кварцевы х песчаников стковый, сгустково-базальны й); з — газопро- риф ея У рало-Волж ской области ницаемость при неравномерно-поровых типах цемента (до порового)

мость > 500 млд) с карбонатным, сульфатным, кремневым и другими цементами. Поэтому сравнивать величины полной пористости песчаных пород возможно только при одинаковом минералогическом составе цемента.

При изучении влияния цементации на пористость мы пользовались значениями эффективной пористости, которая слабо зависит от минерало­гического состава цемента.

Зависимость коллекторских показателей от цементации срастанием зерен

В отличие от минеральных цементов степень цементации срастанием зерен определялась подсчетом количества длинных контактов срастания.

Величины пористости и проницаемости в зависимости от количества, удлиненных и длинных контактов срастания зерен в песчаниках девона и рифея обобщены в табл. 4.

21

Зависимость газопроницаемости от количества контактов срастания зерен в первично не сцементированных песчаниках девона (Туймазы, Шкапово, Пугачев, скв. 10 и другие) и песчаниках рифея (Серафимовка, Пугачев, скв. 10, Шихан, скв. 5, Шкапово, скв. 740) представлена кривы­ми (рис. 4 ) .

Т а б л и ц а 4

Степень цементации срастанием зерен и коллекторские свойства песчаников, не содержащих минерального цемента

Количестводлинныхконтактов

Эффективная пористость (по П. П. Авдусину) и газопроницаемость

срастания зерен в % от общей суммы

контактов

Степень цементациип эф, % К, млд

Примечания

7—15 Слабая 15—23 >1000 Д ля мелкозернистых песчаников продуктив­ной толщи девона Ура- ло-Поволжья

h** Cn I OO о Средняя 5 -1 5 100-800 То же8 0 -9 5 Сильная 1 - 5 1—100 Д ля крупнозернистых

песчаников рифея У ра- ло-Поволжья

95-100 Очень сильная (кварци­товидные песчаники и кварцит-песчаники)

<1 < 1 То же

Первая кривая показывает уменьшение газопроницаемости в мелко­зернистых кварцевых песчаниках; видно, что увеличение количества длинных контактов срастания зерен от 10 до 55% вызывает быстрое уменьшение газопроницаемости (от 2600 до 400—200 млд). При 60— 80% длинных контактов проницаемость не повышает 200—50 млд, а при 100% их песчаники становятся практически непроницаемыми (<0,1 млд).

Вторая кривая составлена по данным изменения проницаемости в крупнозернистых песчаниках рифейского возраста (90—100% длинных контактов), казанлинской свиты (70—75% длинных контактов) и така- тинской свиты девона (около 50% длинных контактов); при увеличении количества длинных контактов от 50 до 100% газопроницаемость умень­шается от 1800 до <0,1 млд.

Изложенная методика изучения цементаций позволяет установить и проследить историю формирования цементирующих образований песча­ных пород. Эта методика дает возможность определять степень це­ментации и по последней оценивать коллекторские показатели песча­ников.

Изучение цементации позволяет выделять песчаники-коллекторы (Пэф>1%, К > 1 млд) и песчаники-неколлекторы (Пэф<1%, К < 1 млд). Соотношения песчаников-коллекторов с песчаниками-неколлекторами не­обходимо знать при подсчете эффективных мощностей продуктивных песчаных горизонтов. Песчаники-неколлекторы (сильносцементирован- ные) должны исключаться из эффективной мощности.

Приведенные данные показывают, что петрографические исследования относятся к числу методов, необходимых для познания строения коллек­торов. Включение петрографического метода в комплекс лабораторных исследований коллекторов по кернам позволяет не только констатировать физические свойства, но и дает возможность выявлять причины, обуслов­ливающие закономерности строения пород-коллекторов.

22

Проводимое нами изучение влияния глубины залегания на свойства песчаных пород также опиралось на петрографические исследования и особенно на изучение цементации. Последняя, в значительной мере опре­деляя коллекторские показатели пород, в то же время отражает на себе действие различных факторов эпигенеза, в том числе и глубинного фак­тора.

Детальный петрографический анализ песчаных пород проводился па­раллельно с лабораторными определениями пористости и проницаемости. Петрофизические свойства песчаных пород в связи с изучением влияния на них глубины залегания исследованы нами на примере отложений де­вонского и рифейского возраста Урало-Волжской области, а также в экс­периментальных условиях при высоких давлениях и повышенных темпе­ратурах.

Г Л А В А Т Р Е Т Ь Я

ПЕТРОГРАФИЯ И КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ПЕСЧАНЫХ ПОРОД ДЕВОНА

В разрезах девонских отложений изучались алевролит-песчаники тер­ригенной толщи с глубин от 1600 до 2200 м по скважинам Туймазинского и Шпаковского нефтяных месторождений, а также Пугачевской скв. 10, Байтуганских скв. 4 и 6, Серноводской скв. I и других; песчаники така- тинской свиты — с глубин от 1706 (Шихан, скв. 5) до 3271 м (Воскре- сенск, скв. 19); песчаники казанлинской свиты — с глубин 2030—2250 м.

ИЕСЧАНИКИ И АЛЕВРОЛИТЫ ТЕРРИГЕННОЙ ТОЛЩИ В СКВАЖИНАХ ТУЙМАЗЫ, ШКАПОВО И ДРУГИХ

Изученные песчаники и алевролиты относятся к пластам Д1 (франский ярус, пашийская свита) и ДП (живетский ярус). Большая часть образцов из пластов ДI, ДП принадлежала скважинам Туймазы; здесь из 20 сква­жин изучено 300 образцов. В табл. 6 представлены характеристики петро­графического состава и коллекторских свойств некоторых образцов из Туймазы. В скважинах Шкаповского района изучено 50 образцов, часть из которых представлена в табл. 6.

Отдельные образцы песчаных пород терригенной толщи девона были отобраны из скважин Байтуганской, Чекмагушской, Серноводской, Арче- динской и других площадей (табл. 7).

Обломочные зерна песчаников и алевролитов. Зерна песчаных пород являются исключительно обломочными. Единичные зерна аутигенного глауконита были встречены только в двух образцах.

М и н е р а л о г и ч е с к и й с о с т а в обломочных зерен песчаников в ос­новном кварцевый. Кварц составляет 92—99,8% (см. табл. 6—8). Кроме кварца содержатся полевые шпаты (от<1 до 5%), обломки силицитовых пород (до 5%) и акцессорные минералы (до 0,15%). Последние предста­влены турмалином, цирконом, рутилом, анатазом, гранатом, магнетитом- ильменитом, лейкоксеном (табл. 8). Характерно ничтожное содержание слюд (до 0,2%).

Г р а н у л о м е т р и ч е с к и й с о с т а в обломочных зерен определялся в шлифах геометрическим методом по В. П. Батурину (1947). От седимен­тационного и ситового гранулометрического анализов пришлось отказаться потому, что в девонских песчаниках широко распространена цементация срастанием зерен, которую нельзя растворить и трудно разрушить, не раз­рушая зерен (Смирнова, 1961). Для слабосцементированных песчаников использовался также геометрический метод гранулометрического анализа, что было связано с необходимостью получения однозначных и сопостави­мых 1 результатов как для рыхлых, так и для плотных разностей.

Особенности гранулометрического состава обломочных зерен показаны на гистограммах (рис. 7) и в табл. 6, 7. Размеры зерен колеблются в не-

1 Результаты седиментационного и ситового геометрического анализов значи­тельно расходятся (см. табл. 6, 7, 8).

29

Т а б л и ц а 6Петрография, пористость и проницаемость кварцевых песчаников' терригенной

П лощ адь и номер

скваж ины

И нтервал отбора

к ер н а в м

Номеробраз­

ца

Тип песчаника и гранулом ет­рический состав в мм

Х арактеристика

седиментогенеза

Туймазы,1100

1582—1585 240 Песчаник мелкозернистый, нефтеносный (0,04—0,25, преобладают 0,1—0,20)

Глинистые минералы ( I—2% от породы); не­равномерно-поровый и неравномерно-пленоч- ный

Туймазы,679

1776—1779 235 Песчаник мелкозернистый, водоносный (0,05—0,27, пре­обладают 0,1—0,23)

То же

Шкапово,7

1988—1994 36 Песчаник мелкозернистый, нефтеносный (0,03—0,25, преобладают 0—0,02)

»

Туймазы,1051

1690-1693 229 Песчаник мелкозернистый, водоносный (0,04—(1,25, пре­обладают 0,08—0,20)

То же

Шкапово,44

2007—2009 26 Песчаник мелкозернистый, водоносный (0,04—0,25, пре­обладают 0,10—0,20)

»

Шкапово,48

2095—2099 2 Песчаник мелкозернистый, нефтеносный (0,05—0,22, преобладают 0,03—0,18)

»

Чекмагуш,36

1803—1810 15 Кварцитовидный песчаник мелкозернистый (0,02—0,24, преобладают 0,08—0,20)

То же

Туймазы 1810—1811 '196 Кварцитовидный песчаниктонко-мелкозернистый(0,03—0,19)

Туймазы,679

1751—1754 244 Песчаник мелкозернистый, водоносный (0,06—0,35, преобладают 0,15—0,28)

Глинистые минералы (5—7%), неравномер­но-поровый и неравно­мерно-пленочный

Туймазы,1100

1579—1582 Песчаник алевролитовый, водоносный (0,05—0,17)

Глинистые минералы (16—18%), сгустково- поровый

Знаменка,102

2013—2018 8 Алевролит песчаный (0,02— 0,25, преобладают 0,05— 0,18)

Глинистые минералы (10—12%), неравно­мерно-поровый

значительных пределах: 0,02—0,25 мм, редко достигая 0,30—0,35 мм.. Основная часть зерен (80—98%) имеет размеры 0,05—0,18 мм (до- 0,20 мм) и относится к крупноалевритовой фракции (0,05—0,10 мм) или к нижним пределам (от 0,1—0,18 до 0,1—0,20 мм) мелкопесчаной фрак­ции (0,10—0,25 мм). Таким образом, по размерам обломочных зерен рас­сматриваемые породы относятся к мелкозернистым песчаник-алевроли­там и алеврит-песчаникам (Полонская, 1956). Выдержанность размеров в пределах фракции 0,05—0,20 мм свидетельствует также о хорошей от­сортированности зерен.

Э п и г е н е т и ч е с к и е и з м е н е н и я о б л о м о ч н ы х зерен в алев­рит-песчаниках наблюдались во всех образцах. Эти изменения связаны с эпигенетической цементацией и обусловлены растворением краев зерен

30

толщи девона

цементации

эпигенеза

Степеньцементации

П ори­стость

в %, по Преобра­женскому

П рони­ц ае­

мость в м лд

Пределы

пористо­сти откры ­

той в %

изменения

проницае­мости в млд

Количество образцов в % от суммы всех

исследован­ных

Слабое срастание зе­рен (15% длинных кон­тактов)

То же

»

Слабая 24,26

26,59

27,03

1227

1793

1709

27—20 2300—1000

18

Среднее срастание зе­рен (до 50% длинных контактов)То же

»

Средняя 14,20

16,90

19,46

213

461

749

20—10 1000-100 61

Очень сильное сраста­ние зерен (100% длин­ных контактов)То же

Оченьсильная

5.38

4.38

< 1

< 15 - < 1 < 1 < 1

Среднее срастание зе­рен

Среднее срастание зе­рен только в микроуча­стках с недостаточной цементацией глиной То же

Глинистый цемент +

-)- срастание зерен

25,14

19,24

15,58

510

29

6

2 6 -1 0 600—5 20

в контактах соприкосновения в условиях геостатического сжатия, реге­нерацией (разрастанием зерен), растворением и замещением цементиру­ющими минералами.

Изменения кварцевых зерен, вызванные растворением в контактах благодаря концентрации в них геостатического давления, являются весьма характерными для рассматриваемых пород. Признаки такого растворения удается наблюдать при внимательном микроскопическом изучении с боль­шим увеличением (200—400). Контактное растворение выражается в на­личии удлиненных и длинных (до всего размера зерен) контактов, микро­извилистости контактов и тонких (до 0,05 мм) кайм, представляющих собою измененные края зерен (каймы растворения). Каймы растворения отличаются от неизмененной части обломочных зерен испещренностью

Т а б л и ц а 7Петрография и коллекторские свойства некоторых песчаников терригенной толщи

Обломочные зерна

П лощ адь и номер

скважины

И н тервал отбора керна

в мминералоги­

ческий состав в % от суммы

зерен

гранулом ет­рический

состав в мм

цементирующие минералы седи­ментогенеза и диагенеза, типы и количество цемента в % от

породы

Чекмагуш,36

1812—1820 К варц, 99 0,02—0,35,преобладают

0,10—0,25

Глинистые, < 1

То же 1812—1820 То же 0,03—0,25,преобладают

0,10—0,20

То же

» 1803—1810 » 0,02—0,22 »Азнакаево,

6441709—1713 » 0,03—0,35,

преобладают0,10—0,25

Глинистые, смешанно-пленоч­ный, 12

Байтуган, 4 1798—1811 » 0,02—0,15,преобладают

0,05—0,12

Глинистые, неравномерно-по- рово-пленочный, 5

То же 1817—1818 Кварц, 97; пол. шпаты, 2; мусковит,

I

0,02—0,30,преобладают

0,10—0,20

Глинистые, сгустковый, 10

» 1818—1822 То же То же Глинистые, неравномерно- сгустковый, сидеритовый, <^1

» 1832—1836 К варц, 98; силицит, I;

пол. шпаты,< 1

» Глинистые минералы и угли­стая примесь, неравномерный порово-плеяочный, 5

1832—1836 То же » Глинистые, < 1 Углистые, 2

» 1836—1841 » » Глинистые, неравномерно-по­ровый и неравномерно-пле­ночный, 10

» 1844—1849 Кварц, 99 » Глинистые, неравномерно- сгустковый, 5

» 1851—1853 То же Сидерит, неравномерно-поро­вый, 7

Байтуган, 6 2000—2002 » 0,04—0,22,преобладают

0,08—0,20

Глинистые, неравномерно- сгустковый, 4

То же 2003—2007 То же Глинистые, < 1» 2026—2028 » Глинистые, сгустковый, 20

Серноводск,I

2115 Кварц, 98;обломки

силицитов,I

0,04—0,20,преобладают

0,10—0,15

Отсут.

То же 2115—1118 То же 0,05—0,25,преобладают

0,10—0,202118—2122 То же »2218—2220 »

» 2239—2244 » » »

32

девона

Цементация Коллекторские свойства

Зерна с трещина­ми в % от

суммы зерен

срастан

количество аутигенного

кварца в % от породы

ие зерен

количество длинных контактов

между зерна­ми В % от

суммы всех контактов

цементирующие мине­ралы эпигенеза в % от

породы

пори­стость

открытая в %

пори-стость

эффектив­ная в %

проницае­мость

в млд

I 80 Отс ут. 12,35 5 173 < 1

2 89 » 15,75 3 63 < 1

2 100 Сидерит, < 1 3,38 < 1 < 0 ,1 < 12 70 Кальцит, неравно­ 20,21 4 78 < 1мерно-базальный, 3

2 He опред. Пирит, 2 10,51 < 1 He опр. < 1

8 » Пирит, </1 9,63 < 1 » < 1

2 » Отс ут. 10,11 < 1 » < 1

6 » Сидерит, < 1 7,23 < 1 » < 1

10 » » 6,89 < 1 < 12 » Отсут. 10,56 < 1 » < 1 .

3 » » 9,18 < 1 »<1

10 » » 5,78 < 1 » <1

8

оо

» 2,1 < 1 » < 1

9 100 » He опр. < 1 » < 12 He опред. » » < 1 »

< 1< 1 85 Кальцит, неравно-

мерно-поровый, 2 » 2 »< 1

I 80 Отсут. » 5 »< 1

I 75 » » 7,6 >> < 1< 1 83 » 7,61 He оир. » < 1< 1 78 » 18,81 7,1 485,5 < 1

; WЗаказ № 2301 33

микрозаливчиками и мккротрещинкамж, создающими мутноватость и более низкое двупреломление (табл. I). Каймы растворения представляют со­бою подготовленные к растворению края зерен. Контактное растворение изменяет первоначальные формы зерен. В песчаниках пластов Д1 и ДН одни зерна слабо изменены и поэтому почти полностью сохранили перво­начальные полуокатанные формы, то есть форму зерен можно считать полуокатанной и измененно-полуокатанной (табл. II). Другие зерна отчет­ливее изменены, и форма их стала полуокатанно-измененной (табл. III, 1,2). А третья группа зерен приобрела неправильные измененные очерта­ния, совсем утратив первоначальную форму (табл. III, 3, 4). Таким обра­зом, в песчаных пластах Д1 и ДП в зависимости от интенсивности разви­тия контактного растворения наблюдаются полуокатанные и измененно- полуокатанные, полуокатанно-измененные и измененные формы зерен. Преобладание слабого и среднего растворения соответственно обусловило преобладание наибольшего развития измененно-полуокатанных и полу- окатанно-измененных зерен. При этом уменьшение размеров зерен, вызы­ваемое контактным растворением, очевидно, было незначительным. Одна­ко точных подсчетов пока еще ве сделано.

До контактного растворения обломочные зерна были полуокатапными,о чем свидетельствует сохранение этих форм как в рыхлых песчаниках (табл. II, I) , так и в песчаниках с базальным глинистым цементом. В пос­ледних из-за сильной седиментогенетической цементации контактное раст­ворение не развито и поэтому не влияло на форму зерен. Контактное растворение вызывает удлинение контактов соприкосновения зерен, сра­стание и взаимосвязь зерен по длинным контактам, образуя цементацию срастанием зерен, которая для девонских песчаников будет описана ниже.

Следующим процессом, изменяющим форму обломочных зерен, явля­ется регенерация, выражающаяся в нарастании на обломочных кварцевых зернах аутигенного кварца. Регенерация ведет к увеличению (разраста­нию) зерен. В песчаниках пластов Д1 и ДН нарастание аутигенного квар­ца наблюдается в поровых промежутках, обусловливая неправильно-ре­генерационные и кристаллические регенерационые формы зерен. Так как количество регенерационного кварца в этих песчаниках обычно незначи­тельно (до I —2%), то и развитие регенерационных форм зерен выражено cria6o. Только в песчаниках Байтугана были встречены образцы, в кото-

Т а б л и ц а 8Минералогический, гранулометрический и гравитационный составы песчаников

П лощ адь и номер

скваж ины

И нтервал отбора керна

в M

Ном

ер

обра

зца

Гранулометрический состав породы в % *

КCijCSКо

ООU

Гравита­ционный

состав в %

100%

-ζSIоo'"V

о,ю—0,01 мм

угли

сты

е

мик

рокл

ин,

орто

­кл

аз

плаг

иокл

азы

изм

енен

ные

поле

- I в

ые

шпа

ты

ίюJ-IоΛ 0,

25—

0,10

мм ί

■ ίООIо

o' уд.

вес

>2,

78

уд.

вес

<2,

78

Туймазы, 1652—1656 52 0,19 0,43 99,38 1,85 н. к. ** 0,11 99,89 1,23 0,43 + +956

Туймазы, 1653—1664 139 0,42 2,33 97,25 4,13 н. к. 0,14 99,86 + + +1305

Шкапово, 52 2051—2053 5а 0,26 46,57 53,17 1 ,85 н. к. 0,10 99,90 1,43 4,29 + 1,44

* О п ределялся гравитационны м и ситовым методами.

34

рых преобладают регенерационные формы кварцевых зерен (регенераци­онного аутигенного кварца до 15.%; табл. IV, I). Регенерация способ­ствует и непосредственно участвует в цементации срастанием зерен (см. табл. 2). В девонских песчаниках встречаются переотложенные (из от­ложений бавлинской свиты) регенерационно-обломочные зерна, которые отличаются от измененных обломочно-регенерационных зерен окатан- ностыо (табл. IV, 3) .

Наконец, третьей причиной, обусловливающей изменение формы обло­мочных зерен, является формирование эпигенетических цементирующих минералов. Последние разъедают и частично замещают обломочные зерна. Агрессивными разъедающими минералами в песчаниках Д I и Д П явля­ются эпигенетические кальцит, сидерит, доломит, пирит и каолинит. Они внедряются в зерна бухточками и вызывают образование неправильной коррозионной их формы (табл. VI). В рассматриваемых девонских песча­никах разъедание обломочных зерен происходит после формирования це­ментации срастанием зерен, т. е. после контактного растворения и регене­рации зерен. Вследствие незначительного развития цементирующих мине­ралов эпигенеза (см. ниже), изменения зерен в результате разъедания последними также незначительны, хотя я наблюдаются во всех образцах.

Кроме рассмотренных случаев изменений обломочных зерен, связан­ных с цементацией, встречаются изменения, вызванные процессом расце- ментирования, который выражается в коррозии зерен без замещения це­ментирующими минералами (табл. IV, 4). Такая коррозия поровыми растворами, очевидно, может происходить в условиях аномально высоких пластовых давлений, при которых снижается значительная часть геоста- тического давления. По-видимому, в момент понижения геостатического давления растворение краев зерен поровыми растворами ведет не к цемен­тации срастанием зерен, а обусловливает коррозию и расцементирование. Кроме того, коррозия зерен может являться результатом растворения эпи­генетических цементирующих минералов, которые ранее образовали и сами заполняли коррозионные формы. В изученных песчаниках изменения зе­рен, вызванные расцементированием, встречаются редко.

Цементирующие образования и коллекторские показатели. В пластах Д1 и ДН преобладают песчаники и алевролиты со слабой первичной (седиментогенез, диагенез) цементацией.

терригенной толщи девона

М инералы и обломки пород в у от породы

и Ehь-S текS ей *ύSо е- юо к S3В

§ H CC О ь Ε Bj я E-S- Cfа Sо X ОX а SСи W

S Kl 5 «3 О£ Άа> КS В о E-S fr­ee

№а(С »5 ей о о Ά C-, й Е-ι ей sS К а SИ О S о К Р. и E- сО ч о Р. Cf ё и

9 5 ,52 1 ,2 3 — 0 ,1 9 — — 0 ,1 1 — — 0 ,0 3 — — 0 ,0 3 0 ,1 3 + 0 ,4 1 0 ,0 1 —

99,60 + — 0 ,0 2 _— 0 , 0 2 — + + 0 ,0 2 0 ,0 5 + + 0 ,0 4 + 0 ,0 5 + +

88,61 4 ,0 7 — 0 ,0 1 + + 0 , 0 2 1 + + ч - 0 ,0 2 + — Μ­ O 1OlJ + + 0 ,0 5 +

** Н. К. — содержание ниже кларкового.

з* 35

I

л__ I__ I__ I__ I l l l l^ ^ ^ ίΓ* tTic s CVjV ς ν ,ν CVjV C 4 с у - ^ 4 C^J-

tN ^

3 0

го

ю

Jc i ^ С у Cs- Ca-

. , •'ч ϊίc ^ s> ^С54 C a ' Cs-

Рис. 7. Гистограммы, грануло­метрического и минералогиче­ского состава песчаников тер­ригенной толщи девонаа — Туймазы , скв. 1177, глубина 1626—1634 м\ б — Туймазы , СКВ. 955, глубина 1697— 1700 ж; е — Ш капово, скв. 19, глубина 2083— 2089 м ; I — кварц; 2 — полевые ш паты ; з — обломки пород (квар­цитов, силицитов); 4 — цемент

С е д и м е н т о г е н е т и ч е с к а я ц е м е н т а ц и я представлена глав­ным образом глинистыми минералами. Нефтеносные и водоносные пласты Д1 и ДН слагаются преимущественно слабоглинистыми алевролит-песча- никами. При незначительном количестве (от < 1% до 5%) и неравномер­ном распределении (неравномерно-пленочный, неравномерно-поровый, не- равномерно-сгустковый типы) глинистые минералы создают весьма слабую цементацию.

Среди водоносных песчаников присутствуют разности со значительным содержанием глинистого цемента (до 7—15% ). Однако благодаря неравно­мерному распределению (сгустковый, сгустково-поровый типы) и в этих разностях не наблюдается полной цементации глинистыми минералами (табл. 6, 7; табл. V, I) (Смирнова, 1959).

Первично полностью зацементированы глинистыми минералами (ПЭф < I %) только песчаники, залегающие в зонах замещения песчаных пластов алеврито-глинистыми породами.

36

Глинистые минералы представлены в основном гидрослюдами с при­месью каолинита. Они определялись нами только оптическим методом в шлифах и в ориентированных препаратах.

Чистый каолинит всегда приурочен к более пористым микроучасткам песчаников. В микроучастках, полностью зацементированных глинистыми минералами, последние представлены гидрослюдами без заметной примеси каолинита. Это и наличие смешанных гидрослюдисто-каолиновых образо­ваний свидетельствуют о возникновении каолинита в песчаниках в резуль­тате изменения гицрослюд. Очевидно, каолинит образовался по гидро- слюдам в эпигенезе под действием поровых растворов.

Детальные исследования глинистых примесей в песчаниках девона про­водятся Т. Т. Клубовой (1965).

В алевролит-песчаниках пластов Д I и Д II содержатся углистые мине­ралы (до 5%), которые образуют неравномерно-базальный и неравномер­но-поровый цемент и наблюдаются в виде детрита или являются загряз­няющей примесью в глинистом цементе.

Д и а г е н е т и ч е с к и е ц е м е н т и р у ю щ и е м и н е р а л ы в пес­чаниках представлены сидеритом (0—5%), пиритом (0—2%) и кальци­том (0—2%). Благодаря неравномерному распределению в виде разоб­щенных скоплений (до 2 мм), мелких (до 0,10 мм) округлых зернышек и кристаллов или в виде конкреционных стяжений они создают слабую цементацию (табл. V, 2) и практически не уменьшают проницаемость.

Э п и г е н е т и ч е с к и е м и н е р а л ы ц е м е н т а в изученных пес­чаниках представлены кварцем (0—2 %) каолинитом (0—3%), пири­том (0—3% ), сидеритом (0—5% ), кальцитом (0—7%), доломитом (0—5%) и анатаз-лейкоксеном (0—2% ). Аутигенный кварц принимает участие в развитии цементации путем срастания зерен. Его образование связано с процессами контактного растворения. Поэтому цементирующая роль аутигенного кварца будет рассмотрена при характеристике цемен­тации срастанием зерен.

Все другие, кроме регенерационного кварца и каолинита, эпигенети­ческие минералы цемента (пирит, сидерит, кальцит, доломит и анатаз- лейкоксен) образуют разобщенные выделения неправильной формы раз­мером от 0,05 до I —2 мм, которые играют роль неравномерно-порового и неравномерно-базального цементов. При указанных незначительных количествах они почти не влияют на уменьшение пористости и проницае­мости песчаников (Смирнова, 1961).

Таким образом, в нефтеносных песчаниках пластов Д1 и ДП цемента­ция минералами седиментогенеза, диагенеза и эпигенеза выражена слабо и практически не влияет на уменьшение показателей пористости и прони­цаемости. Разности со значительной цементацией глинистыми минерала­ми приурочены к водоносным пластам.

Изменения коллекторских свойств песчаников пластов Д1 и ДН оп­ределяются степенью эпигенетической цементации срастанием зерен и влияющими на интенсивность последней вариациями (незначительными) гранулометрического состава обломочного материала. Как уже было по­казано, минералогический состав зерен, состав, количество и типы цемен­тирующих минералов характеризуются выдержанностью. Поэтому они практически не влияют на изменения величин пористости и проницаемо­сти песчаников пластов Д1 и ДП.

Ц е м е н т а ц и я с р а с т а н и е м з е р е н является главным уплот­няющим фактором. Она наблюдается только в первичнопористых песча­никах и отсутствует в песчаниках, первично лишенных межзерновой по­ристости. Признаками такой цементации в алевролит-песчаниках пластов

1 В образцах из скв. 24 Байтугапа содержание аутигенного кварца достигает 8-15% .

Д1 и ДН являются: изменение первоначальной формы зерен, удлиненные и длинные контакты сопряжения зерен, взаимодействие зерен по длин­ным контактам (срастание, спайка), наличие аутигенного кварца (0—2%) второй генерации.

В алевролит-песчаниках пластов Д1 и ДП терригенной толщи девона цементация срастанием зерен относится к типам I2 и II (табл. 2). Для срастания зерен II типа характерно отсутствие аутигенного кварца (табл. I ll ; IV, 2; VII), а типу I2 свойственно нарастание аутигенного кварца ( < 1 —2%) только в поровых участках на соприкасающихся между собой обломочных зернах (табл. VI, I) .

Срастания зерен I2 и II типов образовались в эпигенезе вследствие растворения пластовыми водами краев обломочных зерен по контактам соприкосновений в условиях геостатического сжатия. Удлиненные и длин­ные контакты, по которым срастаются и спаиваются зерна, являются ре­зультатом контактного растворения в условиях сжатия (табл. I, III, IV, VII). При большом увеличении (200—400) наблюдается микроизвилис­тость длинных контактов срастания зерен и тонкие измененные каймы (до 0,05 мм каймы растворения). Каймы растворения отличаются от не­измененных кварцевых зерен испещренностью микрозаливчиками и ми­кротрещинками, а также более низким двупреломлением (табл. I). Такие каймы являются свидетельством контактного растворения, которое в ус­ловиях геостатического сжатия обусловило возникновение всех призна­ков срастания зерен.

Удлиненные и длинные контакты срастания зерен в песчаниках пла­стов ДI, ДН имеют линейные (прямые и кривые) и извилистые формы. Они осложнены микроизвилистостью и каймами растворения.

Аутигенный регенерационный кварц второй генерации ( < 1 —2%) в рассматриваемых песчаниках приурочен к порам и отложился в эпи­генезе. Источником его являлся SiCb, перешедший в раствор в резуль­тате контактного растворения кварцевых зерен. Ввиду неб'олыиого коли­чества участие аутигенного регенерационного кварца в формировании длинных контактов срастания зерен этих песчаников незначительно.

Срастание зерен превратило изучаемые песчаные осадки, бывшие песками, в современные уплотненные и плотные алевролит-песчаники и снизило их пористость и проницаемость. Однако в отличие от песчаников нижнебавлинской свиты неполное срастание зерен (отсутствие сильного и очень сильного срастания) позволяет показателям коллекторских свойств песчаных пород девона оставаться значительными.

В пластах ДI, ДП Туймазы и Шкапово преобладают алевролит-пес­чаники со средней степенью срастания, в которых удлиненные и длинные контакты составляют от 20 до 80% (от общей суммы контактов), а пори­стость и проницаемость соответственно колеблются в пределах 20—10% и 1000—100 млд (табл. 6 и III, V II). Песчаники со слабым срастанием зе­рен имеют подчиненное развитие (18%). В них количество длинных кон­тактов не превышает 20% (общей суммы контактов). В соответствии со слабым срастанием зерен эти песчаники менее плотны (уплотненные и слабоуплотненные) и имеют наиболее высокие показатели пористости (20—27%) и проницаемости (1000—2300 млд) (табл. II, I).

Сильное срастание зерен незначительно развито в песчаных пластах Д1, ДН (около 1% образцов), но широко распространено в алевролитах, залегающих в глинистых пачках. Сильное срастание зерен почти унич­тожило пористость ( <5 %) и проницаемость (<0,1 млд) этих алевроли­тов, превратив их в кварцитовидные породы (табл. VII, 4; табл. 6). Сильная степень срастания зерен рассматриваемых алевролитов обуслов­лена меньшими размерами обломочных зерен, что создавало большую по­верхность соприкосновений, способствуя интенсивному контактному рас­творению.S3

Интересно было выяснить, различается ли эпигенетическая цементация в водоносных и нефтеносных песчаниках. Сравнительное изучение неф­теносных и водоносных образцов Туймазинского и Шкаповского место­рождений показало, что ни в составе, ни в количестве цементирующих минералов эпигенеза различий не наблюдается. В цементации срастанием зерен выявилась характерная закономерность, заключающаяся в том, что образцы со слабым ,срастанием зерен и с высокими величинами проницае­мости (>1000 млд) являются главным образом нефтеносными и значи­тельно реже встречаются среди водоносных песчаников. Наблюда­емые более низкие значения проницаемости водоносных песчаников (табл. 6, 7) обусловлены, как это показывает анализ полученных петрофизичес­ких данных, повышенным содержанием в них седиментогенетического глинистого цемента и меньшими размерами обломочных зерен (0,05— 0,18 мм). Последнее в свою очередь обусловило увеличение степени це­ментации срастанием зерен (средняя) \ которая в сочетании с более ин­тенсивной первичной цементацией глинистыми минералами понизила коллекторские свойства водоносных песчаников. Слабой глинистостью и более «крупными» размерами зерен (0,05—0,22 мм), а также связанной с последними меньшей цементацией срастанием зерен объясняются срав­нительно повышенные коллекторские свойства нефтеносных песчаников.

Средняя проницаемость продуктивных песчаников Туймазы состав­ляет около 600 млд, а водоносных — примерно 400 млд. Снижение кол­лекторских свойств водоносных песчаников, а также наличие почти не­проницаемых кварцитовидных песчаников как среди нефтеносных участ­ков, так и среди смежных, хуже проницаемых водоносных частой песча­ных пластов, следует учитывать при закачке воды, применяемой при раз­работке нефтяных залежей.

Приведенные данные показывают, что распределение нефти не влияло на коллекторские свойства песчаников. Причины ухудшения коллектор­ских свойств водоносных песчаников связаны с их седиментогенетичес- к и ми особенностями, а не обусловлены тем, что в водоносных песчаниках длительнее по сравнению с нефтеносными пластами развивались процес­сы срастания зерен. На то, что нефть не влияла на формирование коллек­торских свойств девонских песчаников, указывает и наличие сильносце- ментированных срастанием зерен непроницаемых линз как в нефтенос­ных, так и в водоносных пластах, а также совершенно одинаковая харак­теристика эпигенетических цементирующих минералов нефтеносных и водоносных песчаников.

Т р е щ и н о в а т о с т ь в песчаниках пластов Д1, ДН, по данным изу­чения керна, слабо развита. В алевролит-песчаниках пластов ДI, ДН трещиноватость зерен почти не развита (табл. II, III, IV). В некоторых шлифах встречаются единичные и редкие зерна, в которых наблюдаются по I —2 трещины. Трещины разрыва в шлифах не наблюдались. Однако единичные трещины разрыва были отмечены в редких образцах керна.

ПЕСЧАНИКИ ДЕВОНА ПУГАЧЕВСКОЙ СКВАЖИНЫ, 10

Изученные в разрезе скв. 10 песчаники с глубины 1728—1753 м зале­гают на породах бавлинской свиты и являются базальным горизонтом де­вона. Они относятся к среднему девону. Нам не удалось выяснить, соот­ветствуют ли эти песчаники такатинской свите эйфельского яруса или они принадлежат живетскому ярусу среднего девона. Поэтому характеристи­ка указанных девонских песчаников приведена отдельно.

1 Мелкие зерна имеют большую поверхность и большее количество контактов со­прикосновения в единице объема, чем крупные, в связи с чем в мелкозернистых пес- чаниках условия для образования интенсивной цементации срастанием зерен срав- нительно более благоприятны (Lowry, 1956; Копелиович, 1965).

39

Т а б л и ц а 9Петрография и коллекторские свойства песчаников такатинской, казанлинской свит и сероцветной толщи

Площадь и номер

скважины

Интервал отбора керна

в мминералоги­

ческий состав в % от суммы

зерен

Обломочные зерна

грануломет­рический

состав в мм

Цементация

цементирующие минералы седимен­

тогенеза и диагенеза; типы и количество

цемента в % от породы

Срастание зерен

количество аутигенного кварца в %

от породы

количество длин­ных контактов между зернами в % от суммы

всех контактов

цементирующие минералы эпиге­

неза в % от породы

Коллекторские свойства

пори­стость

открытая в %

пори­стость эффек­

тивная в %

прони­цаемость

в млд

Зерна с трещина­ми в %

от суммы зерен

Глинистые, неравно- мерно-поровый, 5 I 65 Лейкоксен, не-

равномерно- поровый, 2

16,35 8 IIe опр. < 1

Отсут. I 30 То же 25,57 15 1820 < 1» 2 55 Лейкоксен, <1 22,28 — He опр. < 1

Глинистые, неравно­мерно-поровый, 4

2 70 Отсут. 17,68 10 820 10

Глинистые, неравно­мерно-поровый, 2

Отсут. 55 >> 13,82 8 353 10

<1 » 45 » 13,86 8 388 5Глинистые, неравно-

мерно-поровый, 2; сидерит, <1

» 60 9 9,5 6 He опр. 50

Глинистые » 68 Доломит, нерав­номерно-базаль­

ный, 58,9 7 367 52

Глинистые минера­лы, неравномерный норово-пленочный, 6

» 71 Кальцит, нерав­номерно-поровый,

210,62 5

•

233 40

Глинистые, 2 » 69 Кальцит, нерав­номерно-базаль­ный, 5; пирит, 2

7,96 6 353 15

Глинистые, 4 » 93 Отсут. 6,1 4 He опр. 20

Глипястые, 3 » 99 » 5,1 I » 70Окислы железа и

глинистые, смешан­но-базальный, 35

» < 1 » 3,44 He опр. » < 1

Глинистые, неравно- мерно-поровый и

неравномерно- бааадьвый, 10

He опр. Кальцит, нерав- номе рно-поро вый и неравномерно­базальный, 3

19,90 » 672 4

Пугачев,10То же

Шихан» 5

То же Воскре- сенск, 19

То же

Кук-Кара· ук (Бело- рецкий тракт)

То же Казанла,

11

1645—1697

1728-1728-

1740-

1718-

1706-3258-

3240-

3240-

3265-

-1740-1740

-1753

-1727

-1711-3259

-3241

-3241

-3271

Естеств. выходы

То же 2129—2137

2129—2137

Кварц, 98; силициты, 2; пол. шпаты

То же

Кварц, 97; пол. шпаты, 3

То же

Кварц, 90; иол. шпаты, 7; силициты Кварц, 80;

пол. шпаты, 20

КварЦ, 93; пол. шпаты, 7

То же

Кварц, 80, пол. шпаты,

20К варц , 73; пол. шпаты,

25; силициты 2

0,03—1,50, преобладают

0,50—0,90 То же

0,07—0,50, преобладают

0,15—0,35 0,10—0,90

с зернами до 1,90

0,20—1,50, преобладают

0,30—0,50 То же

0,20—2,00, преобладают

0,40—0,80 0.1с— 3,00

0,15—0,70, преобладают

0,30—0,50 0,15—0,50

0,10—0,80, преобладают

0,30—0,60

0,40—5,000,05—0,80,

преобладают0,10-0,300,10—5,00,

преобладают0,50—1,50

Т а б л и ц а 9 (окончание)

Обломочные зерна Цементация Коллекторские свойства

Плошадь и помер

скважины

Интервал отбора керна

В JH

цементирующие Срастание зеренпори­стость эффек-

Tii1Biin яв %

Зерна сминералоги­

ческий состав в % от суммы

зерен

грануломет­рический

состав в мм

минералы седимен­тогенеза и диагенеза;

типы и количество цемента в % от

породы

количество аутигенного кварца в %

от породы

количество длин­ных контактов

между зернами в % от суммы

всех контактов

цементирующие минералы эпиге­

неза в % от породы

пори­стость

открытая в %

прони­цаемость

в млд

трещина­ми в %

от суммы зерен

Казанла,11 2411—2418 Кварц, 73;

пол. шпаты, 25; силициты,

2

0,03—1,50 Окислы железа, гли­нистые минералы,

порово-базальный, 35Отсут. < 1 Отсут. 6,40 He опр. He опр. 5

Канала, 7 2030—2066 Кварц* 90; силициты, 8;

пол. шпаты, 2

0,05—2, преобладают

0,^0—1,00

Глинистые, смешан- но-поровый, 30 » < 1 » 20,22 » 92 4

То же 2039—2066 Кварц, 95; силициты, 3;

пол. шпаты, 2

0,05-2,00,преобладают

0,50—1,00

Глинистые, неравно­мерный пленочно-

поровый, 3» 96 Лейкоксен, не­

равномерно- поровый, 3

5,35 » He опр. 6

» 2085—2092 Кварц, 90; силициты, Ъ;

пол. шпаты, 5

0,07—3,50,преобладают

0,30—0,50,

Глинистые, неравно­мерный порово-пле-

ночный, 9< 1 95 Отсут, 8,84 I 15 3

8 2092—2098 То же То же Глинистые, нерав­номерно-поровый, 12 < 1 2 » 19,61 4 199 3

D 2098—2104 Кварц, 80; пол. и паты,

19; силициты, I

То Hie

0,10—1,00, до 1,60

Глинистые, пленоч­но-поровый, 30 < 1 H e опр. » 9,92 He опр. He опр. I

» 2104—2110 То же Глинистые, неравно­мерный пленочно-

поровый, 12I » » 19,70 I » I

)> 2104—2110 Кварц, 95; пол. шпаты

0,04—0,30 То же < 1 » » 9,86 He опр. 11 < 1» 2110—2116

•

То же 0,20—1,20 Глинистые, неравно- мерно-доровый и неравномерно­пленочный, 10

Отсут. 81 18,28 10 595 5

» 2110—2116 » 0,20-1,20 Глинистые, смешан- но-поровый, 15

\.Глинистые, неравно­

мерный пленочно- поровый, 8

I He опр. Кальцит, нерав- номерно-по ровый,

516,04 He опр. He опр. 2

» 2195—2200 К варц 94; иол. шпаты» 5; силициты, I

0,10—1,50,преобладают

0,30—0,70.< 1 80 Отсут. 20,24 » » 10

» 2169—2173 То же 0,20-0,60 Доломит, поровый и базальный, 40 Отсут. He опр. » 1,2 » » I

2204—2210 * 0,30—2,50,преобладают

0,50—2,00

Глинистые, неравно­мерный пленочно-

поровый, 52 » Кальцит, нерав­

номерно-поро­вый, 2

17,02 5 120 85

Эти песчаники разнозер- нисты и крупнозернисты*. Размеры зерен колеблются от 0,08 до I мм, преобладают размеры 0,3—0,6 мм, содер­жатся и зерна гравия (до 3 мм). Состав обломочного материала почти исключи­тельно кварцевый (99,5 %) · Форма зерен полуокатанно- измененная, измененно-полу- окатанная и измененная (табл. III, 2, 3). Изменения зерен обусловлены контакт­ным растворением.

Цементация минералами отсутствует или не имеет су­щественного значения. Так, глинистые минералы состав­ляют от < 1 до 5%. Сидерит и лейкоксен ( < 1 —2%) об­разуют неравномерно-поро- вые цементы.

Цементация срастанием зерен наблюдается во всех образцах и относится ко II типу и I 2 подтипу, харак­теризуясь отсутствием или незначительным содержани­ем ( < I %) аутигенного кварца второй генерации. Длинные и удлиненные кон­такты срастания зерен со­ставляют от 25 до 70% от суммы всех контактов. Длин­ные и удлиненные контакты имеют линейную, извилистую и выпукло-вогнутую формы. Обычно они микроизвилисты (табл. III, 3, 4).

Указанное количество длинных контактов опреде­ляет слабую (до 30% длин­ных контактов) и среднюю (до 70% длинных контактов) степени цементации сраста­нием зерен. В соответствии

с последними проницаемость рассматриваемых песчаников колеблется от 1820 до 820 млд, а открытая пористость — от 25 до 16,3% (табл. 9).

Таким образом, песчаники девона имеют хорошие коллекторские свойства и по степени измененности относятся к верхней зоне эпигенеза в отличие от подстилающих их в данной скважине песчаников бавлин- ской свиты (рис. 8).

Рис. 8. Литологический разрез отложений дево­на и рифея Пугачевской скважины, 101 — песчаник с гравием; цементация срастанием зерен;2 — алевролит; Л — аргиллит; 4 — доломит; 5 — из­вестняк; 6 — мергель

1 Гранулометрический состав обломочного материала определялся геометриче­ским методом по В. П. Батурину (1947).

42

ПЕСЧАНИКИ ТАКАТИПСКОЙ СВИТЫ

Песчаники такатинской спиты изучались в разрезах двух скважин Ишимбайского района (Воскресенск, скв. 19, и Шихан, скв. 5) и в есте­ственных выходах на западном склоне Урала (с. Кук-Караук).

В скв. 19 песчаники такатинской свиты залегают на глубине 3217— 3271 л, а в скв. 5—на глубине 1706—1727 м. При исследовании керна ин­тересно было установить влияние увеличения глубины залегания от 1706 до 3271 м (на 1565 м) на эпигенетическую цементацию и коллекторские свойства песчаников такатинской свиты в условиях Предуральского про­гиба, а также сравнить глубокозалегающие такатинские песчаники с та­ковыми из естественных выходов.

Гранулометрический состав обломочного материала всех изученных песчаников такатинской свиты однотипен. Это — разно- и крупнозерни­стые песчаники с размерами зерен от 0,15 до I мм; преобладают размеры0,3—0,7 мм] обычно содержатся и зерна гравия с размерами до 3—4 мм (табл. 9).

Обломочный материал представлен кварцем с примесью полевых шпа­тов (5—20%) и силицитов (до 5%). Полевые шпаты относятся главным образом к ортоклазу, микроклину. Они то свежие, то сильнопелитизи- рованные.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что гранулометрический и минералогический состав обломочного материала являются выдержан­ными, а поэтому не влияют на изменения величин пористости.

Формы зерен иолуокатанно-измененные, измененно-полуокатанные, реже неправильно-измененные, обусловленные интенсивностью процес­сов контактного растворения в эпигенезе. Присутствуют корродирован­ные цементирующими минералами зерна.

Наблюдается увеличение трещиноватости зерен с глубиной. На глу­бине 1706—1718 м (Шихан, скв. 5) количество трещиноватых верен не­значительно (от I до 10%), тогда как в песчаниках с глубины 3240— 3271 м трещиноватые зерна составляют 40—60%.

В песчаниках такатинской свиты из естественных выходов (западный склон Урала, с. Кук-Караук) количество трещиноватых зерен колеблет­ся от 20 до 70%.

Погружение на глубину от 1706 до 3271 м обусловило некоторое сниже­ние коллекторских показателей песчаников. Так, в скв. 5 (Шихан) на глубине 1706—1727 м песчаники характеризуются следующими коллек­торскими свойствами: Поткр—10,5%, ПЭф—8,0%, К—370 млд (средние значения). В скв. 19 (Воскресенск) на глубине 3240—3271 м П0Ткр пес­чаников составляет 9,2%, ПЭф—6%, а проницаемость—310 млд, т. е. увеличение глубины залегания на 1565 м уменьшило эффективную по­ристость на 2 %, проницаемость — на 60 млд. Так как снижение пористо­сти и проницаемости при углублении на 1565 м в общем незначительно, то на глз-бине 3271 м рассматриваемые песчаники имеют хорошие кол­лекторские свойства. Увеличение глубины залегания обусловило увели­чение эпигенетического срастания зерен, что вызвало указанное сни­жение коллекторских свойств.

Первичная цементация в такатинеких песчаниках незначительна и представлена глинистыми минералами (каолинит и гидрослюды). При содержании I —6% в неравномерно-норовом и неравномерно-пленочном типах глинистые минералы создали лишь слабую цементацию. Эпигене­тическая цементация в изученных песчаниках представлена срастанием зерен, а также карбонатными минералами и пиритом.

Карбонатные минералы (кальцит, доломит) выделялись, разъедая сросшиеся зерна. Количество карбонатных минералов незначительно (0—5% ). Типы карбонатных цементов — неравномерно-поровые и не-

43

равномерно-базальные. Карбонатные минералы не могли обусловить- наблюдаемое снижение коллекторских свойств глубокозалегающих та­ка тинских песчаников Ингамбайского района.

Цементация срастанием зерен в изученных песчаниках такатинской свиты отличается отсутствием аутигенного кварца и аутигенных полевых шпатов (II тип срастания зерен). Срастания по удлиненным контактам зерен кварца друг с другом и зерен кварца с полевыми шпатами обуслов­лены растворением в контактах их соприкосновений. Свидетельством растворения является микроизвилистость длинных контактов срастания зерен и наличие каём растворения по контактам. В песчаниках с глуби­ны 3240—3271 м (Воскресенск, скв. 19) количество длинных контактов составляет 60—71%, а в песчаниках с глубины 1706—1727 м оно не пре­вышает 60—65%. Кроме длинных контактов срастания зерен наблюдают­ся также длинные контакты приспособления, которые отличаются отсут­ствием взаимодействия (срастания зерен).

Трещиноватость зерен (табл. VIII, I) способствует образованию как длинных контактов растворения, так и длинных контактов приспособле­ния. Поэтому данные песчаники весьма сходны с искуетвенными песча­никами (табл. XV). Контакты, приспособления зерен, содержатся в оди­наковом количестве (около 10%) как в погруженных (3171 м), так и в вышележащих песчаниках (1727 м ). Увеличение количества длинных контактов с увеличением глубины залегания происходит за счет кон­тактов растворения.

Изучение песчаников такатинской свиты в Предуральском прогиба позволило установить, что увеличение цементации срастанием зерен при углублении от 1706 до 3271 м вызвало снижение пористости на 2% и уменьшило проницаемость на 60 млд.

Песчаники из естественных выходов отличаются сильным срастани­ем зерен. В них длинные контакты составляют 100%. Противоречащее- последнему наличие некоторой пористости (эффективная — до I %) обусловлено выщелачиванием в поверхностных условиях зерен полевых шпатов и каолиновых минералов цемента. На месте выщелоченных ми­нералов наблюдаются поры.

ПЕСЧАНИКИ КАЗАНЛИНСКОИ СВИТЫ

Песчаники казанлинской свиты были изучены в Казанлинских скв. T и 11 с глубин 2030—2418 м (табл. 9).

Песчаные породы казанлинской свиты пестроокрашены (зеленова­тые, бурые, фиолетовые). Пестрая окраска обусловлена неравномерной пятнистой концентрацией окислов и гидроокислов железа.

Гранулометрический состав 1 обломочного материала песчаников ка­занлинской свиты разнозернистый, крупнозернистый и мелкозернистый. Разнообразие гранулометрического состава усугубляется наличием при­месей гравия и алевритовой фракции. Размеры песчаных зерен колеб­лются от 0,04 до I мм. Гравийные зерна достигают 4 мм (табл. 9).

Состав зерен преимущественно кварцевый (80—97%). Примесь по­левых шпатов (ортоклаз, микроклин) колеблется от 2 до 20%. Облом­ки силицитовых пород составляют I —8%. Форма зерен в первично пол­ностью сцементированных глинистых песчаниках полу окатанная, а в пер­вично слабосцементированных разностях полуокатанно-измененная и из­мененная. Трещиноватость наблюдается преимущественно в крупных зернах. Количество трещиноватых зерен колеблется в пределах ог <1 до 85%.

1 По В. П. Батурину (1947).

44

Песчаники казанлинской свиты сцементированы седиментогенетиче- скими минералами и эпигенетическим срастанием зерен. Коллекторские свойства этих песчаников разнообразны. Они определяются как измен­чивостью гранулометрического состава зерен, так и первичной цементаци­ей ( г л и н и с т ы м и , железистыми минералами и кальцитом) и эпигенети­ческой цементацией срастанием зерен (табл. 9).

Глинистые минералы цемента содержатся во всех образцах (от 2 до 35%). Они представлены каолинитом и гидрослюдами. В одних образцах преобладает каолинит, в других — гидрослюды. Полная цементация глини­стыми минералами свойственна не менее 40% образцов. В последних гли­нистый цемент (20—35%) относится к смешанным пленочно-поровым и порово-базальным типам, обусловливая отсутствие межзерновой пористо­сти (ПЭф<1% ) и проницаемости (<0,1 млд) (табл. 9). В других образцах количество глинистого цемента не превышает 20% (2—20%), и он при наблюдаемых сгустковых типах (неравномерно-пленочный, неравномерно' поровый, сгустковый, сгустково-поровый) не создает полной цементации, обусловливая сохранение первичной межзерновой пористости. Среди гли­нистых минералов содержится примесь гематита и лимонита (0—10%). Последние представлены округлыми и неправильными зернышками раз­мером до 0,05 мм.

В отдельных образцах наблюдается базальный кальцитовый цемент (35%), который является седиментогенетическим. О последнем свиде­тельствует его базальный тип и отсутствие разъедания кальцитом обло­мочных зерен. Кальцитовый цемент перекристаллизован в эпигенезе. Образцы с базальным кальцитовым цементом не имеют межзерновой пористости (Пэф = 0; П0ткр = 1,2%) и практически непроницаемы. Эпиге­нетический кальцит в виде неравномерно-порового и неравномерно-ба­зального цемента ( < 1 —2% ), разъедающего сросшиеся зерна, встречается во многих образцах. Однако его цементирующее значение ничтожно.

Цементация срастанием зерен наблюдается только в образцах с не­равномерными типами глинистого цемента-, то есть только при неполной первичной цементации (табл. VIII, IX). Срастание зерен относится к обо­им типам. Количество аутигенного кварца в образцах подтипа I2 цемента­ции срастанием зерен не превышает I —2%. Микроизвилистость длинных контактов срастания зерен, наличие каём растворения в зонах этих кон­тактов, присутствие горизонтально ориентированных узких («утоненных» растворением) зерен, отсутствие или незначительное количество аутиген­ного кварца свидетельствуют об образовании срастания зерен в результате контактного растворения в условиях геостатического сжатия. Несмотря на крупнозернистость, казанлинским песчаникам свойственно среднее и силь­ное срастание зерен (80—95% длинных контактов), то есть в них наблю­дается более интенсивная цементация срастанием зерен, чем в изученных по скважинам песчаниках такатинской свиты.

Значительная цементация срастанием зерен снизила пористость (ПЭф = I —3%) и проницаемость (15—199 млд) первично не полностью сцементированных песчаников. В гравелитовых разностях коллекторские показатели более высокие, что обусловлено в основном гранулометриче­ским составом. Проницаемость гравелитовых крупнозернистых песчаников достигает 595—1272 млд (табл. 9). Подсчет количества длинных контак­тов в шлифах свидетельствует о большей эпигенетической уплотненности (цементация срастанием зерен) песчаников казанлинской свиты .на глуби­не 2030—2418 ж (80—95% длинных контактов) по сравнению с песчани­ками такатинской свиты (60—71% длинных контактов), которые в Ишим- байском районе залегают на глубине 3240—3271 м. Большая вторичная уплотненность (цементация срастанием зерен) песчаников казанлинской свиты, несмотря на меньшую глубину залегания, могла быть обусловлена ях более древним, чем девонское время, возрастом.

О ТРЕЩИНОВАТОСТИ И СТИЛОЛИТАХ

В песчаниках нижнебавлинской свиты трещиноватые зерна отсутствуют или составляют менее I %. Даже в глубокозалегающих песчаниках (4000— 5000 м) окв. 740 Шкапово встречаются лишь единичные трещиноватые зерна. Трещины в зернах часто заполнены кварцем (залеченные трещины).

В кернах нередко наблюдаются трещины разрыва, пересекающие об­разцы в направлении, близком к вертикальному. Стенки этих трещин ров­ные. Они то плотно примыкают друг к другу, то отстоят друг от друга на расстоянии не более 0,05—2 мм. В последних случаях пространство между стенками выполнено карбонатными или сульфатными минералами.

Стилолитовые швы были встречены только в образцах скв. 10 Пугаче­ва. Стилолиты ориентированы в горизонтальном направлении, имеют то плавно-извилистую, то зубчато-извилистую форму. Стилолитовые швы от­четливо видны макроскопически и в шлифах, потому что около стилолито­вых поверхностей концентрируются хлоритовые минералы, нерудные не­прозрачные минералы и магнетит (табл. XII, 3).

Г Л А В А П Я Т А Я

ИЗМЕНЕНИЯ КОЛЛЕКТОРСКИХ СВОЙСТВ ПЕСЧАНИКОВ ДЕВОНСКОГО И РИФЕЙСКОГО ВОЗРАСТА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УВЕЛИЧЕНИЯ ГЛУБИНЫ ИХ ЗАЛЕГАНИЯ

Определение влияния увеличения глубины залегания на норовое про­странство песчаных пород является трудной задачей, поскольку другие •факторы сильно усложняют данную зависимость. К таким факторам от­носятся: возраст, тектоническое строение, минерализация пластовых вод, г р а н у л оме» т р ич е с кий и минералогический составы обломочного материала песчаников, минералогический состав и типы первичных (седиментогене- тических и диагенетических) цементов в них. Взаимодействие указанных факторов создает весьма сложные соотношения между петрофизическими <войствами песчаных пород и глубиной их залегания. Вследствие этого влияние глубины залегания на коллекторские свойства можно определить, •если исключить влияние петрографических факторов (что достигается сравнительным анализом только определенных минералого-петрографиче- •ских типов песчаных пород), учесть особенности геологического разви­тия изучаемых разрезов глубоких скважин. Таким образом, при исследо­вании влияния глубины залегания на свойства пород необходимо знать геологическую историю их формирования. Закономерности этого влияния выявлялись по разрезам глубоких скважин в пределах одного региона — Урало-Волжской области.

Изменения коллекторских свойств прослеживались путем изучения сте­пени эпигенетической цементации, которая определяет эти изменения в рассматриваемых песчаниках девонского и рифейского возраста. Разра­ботанная нами методика изучения цемента позволила вести количественное ■определение влияния цементации всех стадий литогенеза на коллекторские показатели песчаных пород девона и рифея на различных глубинах.

Влияние геологического возраста на эпигенетическую цементацию пес­чаников весьма существенно, как это было показано проведенными ранее исследованиями (Копелиович, Коссовская, 1961, 1965; и др.). Нами выпол­нено cpaBitiiiejiT ное изучение петрофизических свойств песчаников терри­генной толщи девона и песчаников нижнебавлинской свиты (рифей) как на одинаковых и близких глубинах (2000—3500 м ) , так и при значительной разнице в глубинах их залегания (от 1600 до 5000 .и).

Большая часть изученных песчаных пород относится к скважинам, пробуренным на платформе (рис. 6). Эти скважины приурочены к струк­турам III порядка, которые находятся в пределах положительных структур I порядка (Татарский свод — скважины Туймазы, Серафимовки, Шкапово, Байтугана, Серноводска; Жигулевско-Пугачевский свод — скв. 10 Пуга­чева), а также в пределах отрицательных структур I порядка (Ульяновско- Саратовская впадина — скважины Казанлы). В Предуральском прогибе расположены две скважины из изученных нами (Воскресенск, скв. 19, Шихан, скв. 5). Девонские отложения Предуральской внадины характери­зуются фациями платформенного типа. Они начали погружаться с конца карбона (Наливкин и др., 1956). Таким образом, девонские отложения про- тиба являются хорошим примером значительного погружения по сравне­нию со своими аналогами на платформе. При изучении песчаных пород из разрезов перечисленных скважин платформы мы не сталкивались с влия-

61

кием тектонической .напряженности на уменьшение коллекторских свойств. Исключением являются образцы из Байтуганских скважин, аномально низкие коллекторские свойства которых отмечены в работе и, по-видимо­му, обусловлены воздействием тектонических напряжений.

Породы терригенной толщи девона и бавлинской скиты характеризу­ются значительно минерализованными и метаморфизованными водами хлор-кальциевого тина и объединены в один гидрогеологический комплекс (Гавриленко, I960). Минерализация вод этого комплекса изменяется от 740 до 938 мг-экв) 100 г; наиболее распространены значения минерализа­ции—800—840 мг-экв! 100 г. Эти данные·, а ханже указания на увеличение минерализации вод с увеличением глубины залегания пород позволяют условно считать, что изменения свойств, обусловленные влиянием гидро­химического фактора, как бы накладываются на изменения, обусловлен­ные влиянием глубины залегания, и одинаково с ними направлены в де­вонских и додевонских отложениях. Однако принятый в данной работе общий подход к гидрохимическим данным является недостаточным. Ука­зания на значительные различия гидрохимических характеристик девон­ских отложений (Зингер, Плотников, 1960) показывают, что необходимо учитывать конкретные гидрогеологические материалы для каждого из изучаемых разрезов. Кроме гидрохимического фактора на свойства пород существенное влияние может оказывать также и динамический режим вод, данных о котором у нас не было.

Петрофизическое исследование песчаников девонского и рифейского возраста в указанных разрезах глубоких скважин позволило получит г. не­которые данные для выяснения зависимости коллекторских свойств от уве­личения глубины их залегания.

Проведенные исследования показали, что главная роль в цементация первичношористых песчаников девона и рифея в изученных разрезах сква­жин принадлежит зггит енетическому срастанию зерен (цементации сраста-1 нием зерен). Степень цементапии срастанием зёрен определяет коллектор­ские свойства рассматриваемых песчаников. Вместе с тем эпигенетическая цементация только в некоторой мере зависит от глубины залегания.

Кварцевые алевролит-песчаники терригенной толщд девона залегают на глубинах от 1600 до 2200 м (Пугачев, Туймазы, Шкапово, Байтугани др.). В результате их анализа была возможность проследить влияние увеличения глубины залегания на 600 м.

На примере изучения песчаников терригенной толщи; девона не удалось наблюдать изменений цементации и коллекторских свойств в зависимости от глубины их залегания. Как это было показано в главе III, колебания ве­личин пористости и проницаемости песчаников пластов ДI, ДН определя­ются степенью цементации срастанием зерен. Последняя в свою очередь зависит от седиментогенетических особенностей обломочного материала (от изменения гранулометрического состава зерен в пределах алевритовой и мелкопесчаной фракции). Вследствие преобладания средней степени сра­стания зерен в пластах Д1, ДП главная роль принадлежит уплотненным песчаникам со значениями открытой пористости меньше 22% и проницае­мостью меньше 800 млд. Образцы со слабой цементацией срастанием зерен и свойственными им высокими показателями открытой пористости (22— 27%) и проницаемости (800—2000 млд) имеют подчиненное значение (табл. 6).

Полученные данные позволяют заключить, что увеличение глубины за­легания на 600 м недостаточно для того, чтобы увеличить цементацию срастанием зерен и уменьшить коллекторские свойства песчаников терри­генной толщи девона.

Средняя и слабая степень эпигенетической цементации срастанием зе­рен позволяет отнести песчаники в скважинах Туймазы, Шкапово к верх­ней зоне эпигенеза (Коссовская и др., 1957). Исключением являются де-

донские песчаники Байтуганокого района (скв. 6,24). Сильное срастание зерен (80—100% длинных контактов) превратило здесь песчаники в пло­хие коллекторы и неколлекторы (табл. 6). Сильная цементация срастанием зерен дает возможность отнести девонские песчаники Байтуганского райо­на к нижней зоне эпигенеза. Так как эти песчаники залегают на глубине 1800—1850 м, т. е. не глубже, чем песчаники девона в разрезах скважин Туймазы, Шкапово, Пугачева и других, то становится очевидном, что сни­жение коллекторских свойств здесь вызвано не глубиной залегания. Силь­ная эпигенетическая цементация срастанием зерен и обусловленное ею значительное снижение коллекторских свойств девонских песчаников в •скв. 6,24 могли быть обусловлены тектоническим воздействием, имевшим место в Байтуганской структуре. Тектоническая активность вызвала уве­личение давления на породы, обусловив интенсивную цементацию сраста­нием зерен.

В Ишпмбайском районе (Предуральский прогиб) можно было просле­дить влияние увеличения глубины залегания от 1706 (Шихан, скв. 5) до 3271 м (Воскресенск, скв. 19) на свойства песчаников такатинской свиты дивона. В разрезах скважин для разно-крупнозернистых полевошпатово- кварцевых песчаников такатинской свиты установлено некоторое сниже­ние пористости (на 2%) и проницаемости (на 60 млд) при увеличении глубины залегания на 1565 м, что является следствием увеличения цемен­тации срастанием зерен. Можно подсчитать, что разно-крупнозернистые такатинские песчаники утратили бы коллекторские свойства, если бы они погрузились на глубину в 5 раз большую, т. е. если бы они залегли на глубине около 11 000 м.

Учитывая, что песчаники такатинской свиты крупнозернисты, а песча­ники пластов Д1 и ДН терригенной толщи девона мелкозернисты, для пос­ледних глубиной полного уплотнения и потери коллекторских свойств сле­дует считать глубину менее 10 000 м.

Интенсивное уплотнение путем срастания зерен мелкозернистых пес­чаников по сравнению с крупнозернистыми обусловлено большей поверх­ностью мелких зерен, увеличением количества и общей протяженности контактов между ними. В результате этого создаются более благоприятные условия для взаимодействия зереп по контактам, что выражается в значи­тельно более сильном развитии структур срастания в мелкозернистых пес­чаниках и алевролитах, чем в крупнозернистых песчаниках тех же пластов (Lowry, 1956; Копелиович, 1958; Смирнова, 1961).

Путем экстраполяции данных о коллекторских свойствах пород в Вол­гоградском районе П. А. Карпов (1964) показал, что пористость мелкозер­нистых кварцевых песчаников девона будет меньше 3 % на глубине 5800 м.

Таким образом, если увеличение глубины залегания на 600 м не вызы­вает уменьшения коллекторских свойств, а при углублении на 1565 м на­блюдается небольшое их снижение, то для девонских песчаников Волго- Уральской области можно принять заметно не сказывающимся на умень­шении пористости и проницаемости увеличение глубины залегания до 1000 м.

П ос чаи гг ил (крупнозернистые) такатинской овиты из естественных вы­ходов на западном склоне Урала (Белорещкий тракт, с. Кук-Караук) пол­ностью сцементированы и разбиты крупными трещинами разрыва на блоки. Эти песчаники залегают в зоне горообразования и формировались в иных геологических условиях, чем их аналоги на платформе и в прогибе.

В районах напряженной тектонической деятельности зависимость кол­лекторских свойств от глубины залегания не выражена, и границы зон эпигенетической цементации не совпадают со стратиграфическими грани­цами. Примерами могут служить эпигенетически сильно сцементирован­ные песчаники девона в Байтуганских скважинах и в естественных вы­ходах на западном склоне Урала. В районах активной тектонической дея-

63

Газопроницаемость S млд

Рис. 10. Уменьшение прони­цаемости песчаников в зависи­мости от увеличения глубины залеганияI — проницаемость песчаников де­вонского возраста (а — минималь­ные значения, б — максимальные значения); 2 — проницаемость песчаников рифейского возраста (максимальные значения)

тельности девонские песчаники относятся к нижней зоне эпигенеза в от­личие от сопоставляемых с ними песчаников верхней зоны эпигенеза, за­легающих в спокойных тектонических условиях.

Сравнительный анализ свойств девонских и рифейских (няжнебанлин- ская свита) песчаников проводился: I) по скважинам Шкаловского место­рождения, где терригенная толща девона вскрыта многочисленными сква­жинами, а рифейские отложения наиболее глубоко вскрыты скв. 740;2) в разрезе скв. 10 Пугачева (рис. 8; табл. 10); 3) по скважинам Туймазы и Серафимовки; 4) в разрезе Шиханской скважины. Данные о петрогра­фическом составе, цементации и коллекторских свойствах девонских пе­счаников сведены в табл. 6, 7 и 9, а в табл. 10 и 11 представлены образцы нижнебавлинской свиты (рис. 10).

В изученных разрезах скважин песчаники рифея, н ее мот р л на крупно­зернистое]!,, отличаются от девонских песчаников увеличением степени эпигенетической цементации срастанием зерен, которая значительно снизи­ла, а во многих образцах и уничтожила коллекторские свойства. Сильная и очень сильная степень эпигенетической цементации срастанием зерен позволяет отнести песчаники нижнебавлинской овиты к нижней зоне эпи­генеза.

В зависимости от увеличения степени срастания зорен от сильной (80— 95% длинных контактов) до очень сильной (95—100% длинных контактов), пористость рифейских песчаников соответственно изменяется от 0 до 3% ( П Эф ) , а проницаемость — от величины<1 млд до 200 млд (табл. 10, 11).

На примере нижнебавлинских отложений можно было проследить изме­нение коллекторских свойств при увеличении глубины залегания от 1800— 3000 м (Пугачев, скв. 10; Серафимовна, скв. 30, 350; Шкапово, скв. 740) до- 4000—5000 м (Шихан, скв. 5; Шкапово, скв. 740).

В скв. 10 Пугачева (глубины 1850—2170 л ) и скв. 5 Шихана (глубины 3660—3919 м) не встречены песчаники-коллекторы; в них наблюдались только песчаники-неколлекторы, первично полностью сцементированные глинистыми Минералами и почти не содержащие первичных цементов, но очень сильно сцементированные в эпигенезе срастанием зерен.

В скважинах Серафимовки (глубины 2170—2393 м) и скв. 740 Шкапо­во (глубины 3331—4750 м), кроме песчаников-неколлекторов, подвергших­ся сильной первичной (окислы железа, глинистые минералы) и вторичной. (срастани® зерен) цементации, наблюдаются и песчаники-коллекторы.

04

Последние характеризуются неполной первичной цементацией окисла­ми железа и глинистыми минералами, а также и неполным срастанием зе­рен. Эффективная пористость песчаников-коллекторов в разрезах указан­ных скважин составляет 2—3%, а газопроницаемость 10—200 млд.

Нижнебавлинской свите в отличие от девонских отложений свойственно· значительное развитие песчаников-неколлекторов, обусловленных вторич­ной (эпигенез) цементацией. Так, в одних разрезах нижнебавлинской сви­ты (Пугачев, скв. 10; Шихан, скв. 5) в керне не наблюдается песчаников- коллекторов, а в других (Серафимовка, Шкапово) вместе с последними раз­виты и песчаники-неколлекторы, недостаточно вторично сцементированные (Пэф до 3%; К до 200 млд).

Независимо от глубины залегания в интервале от 1850 до 4750 м ри­фейские песчаники сильнее сцементированы срастанием зерен, чем песча­ники девона. Увеличение степени цементации срастанием зерен от сильное (80—95% длинных контактов) до очень сильной (98—100% длинных кон­тактов срастания) не связано с увеличением глубины залегания в интер­валах от 1850 до 4750 м, а зависит от соотношения с первичной цемента­цией. На указанных глубинах (1850—4750 м) неполному срастанию зерен способствовало наличие седиментогенетической цементации окислами же­леза, которая препятствовала контактному растворению.

Только ниже глубины 4750 м (Шкапово, скв. 740), несмотря на наличие первичного железистого цемента, нижнебавлинские песчаники очень силь­но сцементированы срастанием зерен (кварцитовидные), которое практи­чески уничтожило их коллекторские свойства (ПЭф<1% , К < 1 млд).

Таким образом, на глубинах от 1850 до 4750 м в нижнебавлинских от­ложениях распространены как песчаники-коллекторы, так и песчаники-не­коллекторы. Песчаники-коллекторы с высокими показателями проницае­мости (> 2 0 0 мло) в них не были встречены. Ниже глубины 4750 м в скв. 740 Шкапово рифейские песчаники полностью сцементированы в эпи­генезе и превращены в неколлекторы. Если до глубины 4750 м в нижне­бавлинских отложениях при широком развитии эпигенетически полностью сцементированных песчаников-неколлекторов развиты и эпигенетически не полностью сцементированные песчаники-коллекторы, то ниже глубины 4750 м (4750—5000 м) песчаники-коллекторы могут не встретиться, как это наблюдается в скв. 740 Шкапово.

Сравнение девонских и нижнебавлинских (рифей) песчаников позво­лило получить убедительные данные для определения влияния возраста на свойства песчаных пород, так как большая часть из них залегает на одина­ковых и близких глубинах. Девонские песчаники изучены с глубин 1600— 3400 м, а рифейские — с глубин 1800—5000 м.

Увеличение степени эпигенетической цементации срастанием зерен (окварцевание), свойственное песчаникам нижнебавлинской свиты, связа­но с геологическими условиями их формирования, в том числе и с их древним возрастом. В девонских отложениях на глубинах 1600—3400 м (Пугачев; Туймазы; Шкапово; Шихан, скв. 5; Воскресенск, скв. 19) преоб­ладают среднесцементированные песчаники-коллекторы (П до 22%, К до 800 млд) при подчиненном развитии слабосцементированных песчаников (П> 2 2 %, К > 8 0 0 млд). В нижнебавлинских отложениях на глубинах от 1850 до 4750 м (Пугачев, скв. 10; Серафимовка; Шкапово; Шихан,, скв. 5) развиты как песчаники-неколлекторы (Г19ф<1% , К < 1 млд), таки значительно уплотненные песчаники-коллекторы (ПЭф до 3%; К до 200 млд). Проведенный сравнительный анализ позволяет заключить, что в Урало-Волжской области на глубинах до 5000 м эпигенетическая цемен­тация и коллекторские свойства песчаников девона и рифея определяются; их геологическим возрастом и тектоническими условиями, а глубина за­легания сказывается на них только при значительной (более 1000 м)· разнице в отметках.

65

Результаты исследования петрографического состава, цементации и коллекторских свойств песчаников девонского и додевонского возраста в разрезах ряда глубоких скважин Волго-Уральской области позволили сде­лать следующие выводы.

1. Древние песчаники рифейского возраста, подстилающие девонские отложения, характеризуются более низкими коллекторскими свойствами (ИЭф составляет 0—3%; К колеблется в пределах < I —200 млд). Переход от девонских отложений к рифейским отмечается понижением коллектор­ских свойств песчаников1 (Пугачев, скв. 10; Туймазы; Серафимовка; Шка­пово; Шихан, скв. 5; Воскресенск, скв. 19).

2. Причиной скачкообразного снижения коллекторских показателей и увеличения эпигенетической цементации песчаников нижнебавлинской свиты в сравнении с песчаниками девона являются особенности их геологи­ческого развития и древний возраст.

3. В отличие от геологического возраста увеличение глубины залегания не вызывает резких скачков в снижении коллекторских свойств одновоз­растных песчаников, а обусловливает постепенное понижение этих свойств. Для девонских и нижнебавлинских отложений Урало-Волжской области разница в глубине залегания до 1000 м заметно не сказывается на коллек­торских свойствах песчаников одинакового возраста.

4. Как показывает пересчет наблюдаемого снижения коллекторских свойств при увеличении глубины залегания более 1000 м, песчаники девон­ского возраста могут сохранить коллекторские свойства до глубин 6000 (мелкозернистые) — 10 000 м (крупнозернистые).

5. По материалам исследования глубокой скв. 740 Шкапово установле­но, что в· рифейских отложениях ниже 4750 м песчаники не сохранили кол­лекторских свойств, а в разрезах некоторых скважин (Пугачев, скв. 10) по­теря коллекторских свойств песчаниками отмечалась на глубинах, близких к 2000—3000 м. Это дало основание глубину 4700—5000 м считать предель­ной для сохранения коллекторских свойств в песчаниках рифейского возра­ста Волго-Уральской нефтегазоносной области.

6. В районах напряженной тектонической деятельности влияния геоло­гического возраста и глубины залегания на коллекторские свойства четко ке выражены, так как здесь эпигенетическая измененность отложений и за­висящая от последней сохранность коллекторских свойств не совпадают со стратиграфическими границами (смещены вверх). Вследствие этого зна­чительное уменьшение коллекторских свойств до их уничтожения наблю­дается даже в девонских отложениях.

1 Уменьшение коллекторских свойств установлено также и при сравнении песча­ников каменноугольного и девонского возраста в Башкирии (Комаров, Постников, 1964).

Г Л А В А Ш Е С Т А Я

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕСКОВ И ПЕСЧАНИКОВ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ

В комплексе исследований, проводимых в связи с освоением боль­ших глубин земной коры, важное значение имеют экспериментальные работы но изучению свойств пород в условиях, характерных для этих глубин, т. е. в условиях высоких давлений и температур.

Экспериментальные исследования проводились в лаборатории гео­механики глубинных зон земной коры и были предприняты с целью изу­чения влияния давления и температуры на уплотнение, цементацию и коллекторские свойства песков и песчаников.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИИ

В зависимости от поставленных задач для экспериментальных ис­следований песчаных коллекторов применялись следующие установки:

1) установка равномерного всестороннего сжатия до 1200 кГ/см2 и t = 100° С;

2) стальные матрицы с подвижными плунжерами;3) установка высокого давления — до 5000 кГ/см2 всестороннего сжа­

тия, 1500 кГ/см2 порового давления и до температуры 350° С.Для исследований в условиях равномерного всестороннего сжатия

применялась установка, состоящая из сосуда высокого давления, ручно­го плунжерного насоса и штурвального гидравлического пресса.

Давление в сосуде создавалось при помощи насоса до 700—800 кГ/см2, а затем поднималось до 1200 кГ/см2 при помощи гидравлического прес­са. Давление в сосуде сохранялось постоянным в течение длительного времени. Сосуд помещался в емкость, наполненную водой, которая подо­гревалась электрической печью с нихромовым нагревателем.

Исследуемы© образцы пород помещались в специально подготовлен­ные капсюли диаметром 10 мм и высотой 25 мм из медной фольги тол­щиной 0,1 мм.

Данная установка позволяет создавать равномерное всестороннее сжатие до 1200 кГIcm2 при температуре IOO0C и испытывать одновре­менно несколько десятков образцов.

Исследование уплотнения и цементации при более высоких давле­ниях и температурах проводилось в цилиндрических стальных матри­цах с внутренним диаметром от 8 до 15 мм. Матрица представляет со­бой толстостенный стальной цилиндр с пришлифованными пуансонами. Образец песка, заключенный в капсюль из алюминиевой фольги толщиной 0,01 мм, уплотнялся и после насыщения жидкостью помещался в матри­цу. По торцам образцы уплотнялись манжетами из фторопласта. Для уменьшения трения между образцом и стенками матрицы при деформи­ровании применялся порошкообразный графит.

Во время опыта вся сборка помещалась в кольцевую электрическую печь и изолировалась асбестом. Перед опытами печь тарировалась ртут­

ным термометром на 500° С. Регулирование температуры нагрева образ­ца осуществлялось лабораторным трансформатором.

Давление на образец передавалось через пуансоны от гидравлическо­го или механического пресса. Такая конструкция матрицы позволяет соз­давать давление на образец до 7000! кГ/см2 при темпертуре до 300° С.

Для комплексных исследований петрофизических характеристик по­род-коллекторов в широком диапазоне всестороннего и порового давления (5000 и 1500 кГ/см2) и температур до 350° С была изготовлена специаль­ная установка.

Установка состоит из следующих основных узлов: двухслойного кор­пуса из стали 40-ХМНФА, силового цилиндра, системы насос НЖР-муль- типликатор для создания всестороннего давления, системы обвязки с на­сосом РЖН-1500 для создания порового давления, измерительной тензо- метрической аппаратуры АНЧ-8 для измерения продольных и попереч­ных деформаций образца. Нагрев осуществлялся манганиновым нагре­вателем, расположенным вокруг образца.

Образцы горных пород высверливались из кернов и имели цилиндри­ческую форму диаметром 15—16 мм, высотой 36 мм.

Порядок проведения испытаний на установке был следующий. Изоли­рованный в медную оболочку образец, предварительно насыщенный под вакуумом жидкостью (нефть или пластовая вода), закреплялся на пробке при помощи ввода и сферической накладки. Затем на нем помещались упругие скобы с тензодатчиками для измерения деформаций, после чего вся сборка помещалась в корпус бомбы и создавалось предварительное всестороннее давление до 250 кГ/см2 с целью устранения зазора между оболочкой и образцом. Затем давление при помощи мультипликатора че­рез определенные интервалы поднималось до заданного. В течение опы­та на каждом интервале давления производилось измерение продольных и поперечных деформаций средней части образца. В опытах с поровым давлением насыщающей жидкости сначала создавалось всестороннее дав­ление, а затем поровое.

В экспериментах с приложением к образцу вертикального давления (помимо всестороннего) порядок проведения испытаний остается таким же. Величина приложенного вертикального давления определялась при помощи динамометра, состоящего из тензометрических датчиков, накле­енных на пробку.

Запись приложенной нагрузки и деформаций образца производились при помощи самопишущих микроампервольтметров постоянного то­ка Н-37. Обработка результатов измерения позволяла получить измене­ния объема порового пространства образца в зависимости от приложен­ной нагрузки и величины деформации.

ПОЛУЧЕНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ПЕСЧАНИКОВ ИЗ ПЕСКОВ

Опыты заключались в создании из песков искусственных песчани­ков, сцементированных срастанием зерен, под действием давления, тем­пературы и насыщающих растворов, т. е. в получении песчаников, ана­логичных изученным в продуктивной толще девона и в нижнебавлинской свите. Для опытов были приготовлены различные фракции кварцевого песка из Люберецкого карьера (0,01—ОД мм; 0,1—0,2 мм; 0,2—0,3 мм; 0,3—0,6 мм; 1,0—1,5 мм) . Кроме того, были взяты такие же фракции, состоящие из смеси кварцевого песка с полевыми пшатами и кальцитом.

Опыты проводились как с сухими образцами песка, так и с образца­ми, насыщенными водными растворами NaGl, КагСОз различных концен­траций, морской и пластовой водами.

Структура и цементация искусственно уплотненных песков и песча­ников изучались в шлифах, изготовленных после пропитывания о б р а з -

68

ц о в б а к е л и т о в ы м л а к о м под вакуумом. Изучение шлифов прово­дилось по методике, изложенной в главе I. Подсчет сечений, занятых ба­келитом, позволял определять пористость по методу П. П. Авдуси- на (1947).

Результаты опытов по уплотнению песков яри давлениях 100— 1200 кГ1см2 и температуре до 100° С сведены в табл. 12—23.

.В опытах были получены слабоуплотненные и уплотненные песча­ники из кварцевых (табл. 14, 15; табл. XV) и полевошпатово-кварцевых (табл. 17—20) песков, насыщенных различными водными растворами под действием всестороннего давления 1000—1200 кГ/см2, при температу­ре 80—100°С, за время 275 час и более.

Пористость искусственных песчаников по сравнению с исходными пе­сками уменьшилась на 5—10%.

Как показало изучение шлифов, искусственные песчаники образова­лись в результате взаимодействия следующих процессов: поворота и сме­щения зерен, их растрескивания и дробления, спайки (срастания) неко­торых зерен от растворения в контактах соприкосновения (табл. XVI).

П о в о р о т и с м е щ е н и е з е р е н происходят в начале уплотнения песков. Наши опыты показали, что повороты п смещения зерен до обра­зования в них трещин происходят при давлениях меньше 150 кГ/см2 для крупного песка и меньше 300 кГ/см2 для мелкого песка, что примерно соответствует глубинам 600—1200 м.

В шлифах из песка, испытавшего действие всестороннего давления от 100 до 450 кГ1см2, видно, что поворот и смещение обусловили лучшее приспособление зерен друг к другу, образовав более длинные соприкос­новения, чем в шлифах из песка, не испытавшего действия давления. Поворот и смещение зерен уменьшили пористость на 4—5% (табл. 12).

Т а б л и ц а 12

Действие равномерного всестороннего давления на кварцевые пески

Равномерное всестороннее

давление в кГ/см2

Количество трещиноватых и раздробленных зерен

в % от общей суммы зеренДлина контактов зерен в мм

Порист оси в % ·

трещинова­тые

раздроблен­ные

Ф р а к ц и я 0 ,5—I мм

0 Нет Нет 0,05—0,5 , преобладают 0 ,1 —0,3 32100 Един. » 0,15—0,65, преобладают 0 ,2—0,4 29150 15 » То же 28200 21' » » 27250 30 Един. » 28300 55 I ' » ■ —350 70 3 » —400 80 4 » —

Y Ф р а к ц и я 0 ,1—0,3 мм

. 0 Нет Нет 0,01—0,22, преобладают 0,05—0,15 30100 » » 0,05—0,26, преобладают 0,07—0,2 28150 Един. » То же —200 » » » —250 » » » —300 5 » » —350 10 » 0,05—0,25, преобладают 0,07—0,2 —400 20 Един. То же 25

• Пористость определялась методом П. И. Авдусяяа.

6 Заказ M 230) 69

В шлифах видно, что удлиненные контакты приспособления зерен в окатанном крупном песке имеют преимущественно линейную форму; со­прикосновения выпукло-вогнутой формы единичны. Число приспособле­ний выпукло-вогнутой формы было больше в мелкозернистом песке. Это обусловлено плохой окатанность») и маЭгой сферичностью зерен послед­него, в отличие от крупного песка.

В наших опытах большее уплотнение от поворотов и смещений зерен отмечалось во влажном песке, что связано с уменьшением трения между смоченными зернами (Якушев, Смирнова, 1964).

Р а с т р е е к и в а п ие и д р о б л е н и е вызывают изменение формы и измельчение зерен, обусловливая уменьшение межзерновой пористости песков и песчаников (табл. XV, 2). Трещинная пористость, возникающая при этом, нами не учитывалась, так как в условиях сжатия она не долж­на быть значительной.

В крупнозернистом кварцевом песке (0,5—1,0 мм) образование тре­щин начинается с давления 100 кГ/см2, а в мелкозернистом песке (0,1 —0,3 мм) — с давления 250 кГ/см2. При давлении 450 кГ/см2 только 21% зерен крупного песка не имеет трещин. В тех же условиях остаются не­трещиноватыми 80% зерен мелкого песка (табл. 12).

При всестороннем давлении 1200 кГ/см2 количество нетрещиноватых зерен составляет 10% в мелком песке и лишь 3% в крупном песке. Со­держание раздробленных зерен при указанном давлении увеличивается от 1% в мелком песке до 15% в крупном песке (табл. 13).

Таким образом, при одинаковом давлении трещиноватость зерен тем больше, чем крупнее песок.

Ц е м е н т а ц и я с р а с т а н и е м з е р е н . Взаимодействие и срастание зерен в искусственных песчаниках (табл. XV) происходило при темпера­туре 100° С, под давлением 1000—1200 кГ/см2 в результате растворения По контактам соприкосновения зерен. В табл. ι13—19 приведены результа­ты опытов.

С увеличением размеров зерен наблюдалось уменьшение количества длинных контактов срастания (табл. 13). Выделений аутигенного квар­ца в наших опытах не получено.

Срастания зерен без аутигенного кварца в искусственных песчаниках аналогичны цементации срастанием зерен II типа в природных песча­никах (табл. I, III, XV).

Для определения влияния температуры на степень цементации сраста­нием зерен были проведены эксперименты по деформированию кварцевых и полевошпатово-кварцевых песков в стальных матрицах при температу­ре 380° С. Сопоставление данных этих опытов с результатами уплотнения

Т а б л и ц а 13

Растрескивание и дробление зерен в кварцевом песке под действием всестороннего давления 1200 н Г /с м 2

Количество зерен в /п от их общей суммы

Размеры зерен в M M без трещин

о незначитель­ной трещинова­

тостью (до 5 трещин)

с сильной тре­щиноватостью

(больше 5 трещин)

раздроблен­ных

Число длинных контактов

срастания зерен

0,01—0,10 42 48 10 150,1—0,2 10 45 44 I 50,2—0,3 10 35 52 3 —

0 ,3 —0,6 8 27 60 5 —

0 ,5 - 1 ,0 3 20 62 15 2

70

Т а б л и ц а 14

Опыты по уплотнению кварцевого песка фракции 0,1—0,3 мм

Образец Трещиноватость зерен Уплотнение и цементация

Сухой песок

He менее 54%; из них

Контакты срастания зерен от­сутствуют

Песок, насыщенный водными растворами NaCl и Na2CO3, морской и пластовой водами

I —2% раздообленыКонтакты срастания зерен, обусловленные растворением под давлением, составляют I — 2% от общего числа контактов

Т а б л и ц а 15

Опыты по уплотнению кварцевого песка фракции 0,2—0,5 м м

Образец Трещиноватость зерен Уплотнение и цементация

Сухой песок

65—78% ; 5% верен

Контакты срастания зерен от­сутствуют

Песок, насыщенный водными растворами NaCl и Na3CO3, морской и пластовой водами

раздробленыПрисутствуют контакты сра­стания зерен, обусловленные растворением под давлением(табл. XV, 3, 4)

Т а б л и ц а 16

Опыты по уплотнению микроклиново-кварцевого песка фракции 0,1—0,25 дел»

ОбразецТрещиноватость зерен

Уплотнение и цементациямикроклина кварца

Сухой песок100% ; раздроб­ленные зерна

единичны

88—84%; раз­дробленные зер ­

на отсутствуют

Контакты срастания зе­рен отсутствуют

Песок, насыщенный вод­ными растворами NaCl и Na2CO3, морской и

пластовой водами

Присутствуют редкие коптакты срастания зе­рен (контакты раство­рения)

Т а б л и ц а 17

Опыты по уплотнению микроклиново-кварцевого песка фракции 0,20—0,35 .мм

ОбразецТрещиноватость зерен

Уплотнение и цементациямикроклина кварца

Сухой песок100% ; раздроб­ленные зерна

составляют 3%

86—90% ; раздробленных

зерен 1%

Контакты срастания зе­рен отсутствуют

Песок, насыщенный вод­ными растворами NaCl и Na3CO3, морской и пластовой водами

Встречаются редкие кон­такты срастания зерен

A * T А

Т а б л и ц а 18

Опыты по уплотнению альбитово-кварцевого песка фракции 0 ,1—0,3 мм

ОбразецТрещиноватость зерна

Уплотнение и цементацияальбита кварца

Сухой песок100% ; из них

раздробленных 3%

85—87% ; раз­дробленные зер­н а отсутствуют

Контакты срастания зе­рен отсутствуют

Песок, насыщенный вод­ными растворами NaCl и Na2COj, морской и пластовой водами

Присутствуют редкие ( < 1 % ) контакты сраста­ния зерен, обусловлен­ные растворением под давлением

Т а б л и ц а 19

Опыты по уплотнению альбитово-кварцевого песка фракции 0,2—0,4 л«ле

ОбразецТрещиноватость зерен

Уплотнение и цементацияальбита кварца

Сухой песок100%;

из них 5% раздроблепы

88—90%; раздробленных

зерен нет

Коптакты срастания зе­рен отсутствуют

Песок, насыщенный вод­ными растворами NaCl и Na2COs, морской я пластовой водами

Контакты срастания зе­рен составляют меньше 1% от суммы всех кон­тактов

Т а б л и ц а 20

Опыты по уплотнению кальцитово-кварцевого песка фракции 0,2—0,4 м м

ОбразецДеформация зерен

Уплотнение и цементациямрамора кварца

Сухой песок и песок, насыщенный водными растворами NaCl и Na2COa, морской л пластовой водами

Вследствие пластической деформации

зерна мрамора превратились

в цемент

70—-80% зерен трещиноваты; раздробленных

1%

Песок превратился в песчаник с неравномерно-базальным кальцитовым цементом. В на­сыщенных образцах многие зерна кварца корродированы и замещены кальцитом; встре­чаются сросшиеся зерна (табл. XVI)

песков при температуре IOO0C показало, что повышение температуры увеличивает количество длинных контактов срастания зерен независимо от давления. Однако из-за сильной трещиноватости зерен точно подсчи­тать их не удалось (табл. XVa1 6).

Влияния pH растворов на уплотнение песков не наблюдалось. Экспе­риментально не удалось получить сильно уплотненные кварцевые и поле­вошпатово-кварцевые песчаники, которые были бы аналогичны природ­ным песчаникам. Это вызвано невозможностью полностью моделировать геологические условия, при которых процессы продолжались несоизме­римо более длительное время.

72

Т а б л и ц а 21

Опыты по уплотнению кальцитово-кварцевого песка(фракция кварца 0,05—0,25 м м ; фракция мрамора 0,01—0,1 м м )

ОбразецДеформация зерен

Уплотнение и цементациямрамора кварца

Сухой песок и песок, насыщенный водными растворами NaCl и Na2COs, морской и пластовой водами

Пластические деформации превратили

зерна мрамора в цемепт

5—10% зерен трещиноваты; раздробленные

зерна отсутствуют

Песок превратился в песчаник с базальным кальцитовым цементом. В насыщенных об­разцах наблюдается коррозия и частичное замещение кварца кальцитом

Т а б л и ц а 22

Опыты по уплотнению кальцитово-кварцевого песка фракции 0,1—0,2 м м

ОбразецДеформация зерен I

Уплотнение и цеменсациямрамора кварца

Сухой песок и песок, насыщенный водными растворами NaCl и Na2COa, морской и пла­стовой водами

Т а б л и ц а 23

Опыты по уплотнению к

Все зерна мрамо­ра пластически деформированы и превращепы

в цемент

варц-кальцитового

40—60%зерен тре­щиноваты

песка фрак*

Песок превратился в пес­чаник с базальным каль- цитовым цементом. В на- сыщенных образцах встре­чаются кварцевые зерна, замещенные с краев каль­цитом

деи 0,2·—0,4 м м

ОбразецДеформация зерен

Уплотнение и цементациямрамора кварца

Сухой песок ΐί песок, насыщенный водными растворами NaCl и Na2CO3, морской и пла­стовой водами

Все зерна мрамо­ра пластически деформированы и превратились

в цемент

50—80% зерен тре­щиноваты

Песок превратился в пес­чаник с базальным каль­цитовым цементом. В на­сыщенных образцах рас­пространено замещение кра­ев кварцевых зерен каль­цитом

Результаты по уплотнению и цементации песков, сходные с нашими, были получены в экспериментальных исследованиях Максвелла (Maxwell, 1960).

Ферберну (Fairbairn, 1950) удалось получить плотный искусственный кварцит-песчаник из песка, насыщенного водным раствором ГчагСОя, под действием всестороннего давления 3500 кГ/см2, при температуре 475° С. Помимо растрескивания и дробления зерен в эксперименте Ферберна по­лучился больший эффект растворения в контактах соприкосновения зе­рен, в результате которого наблюдалось уменьшение размеров зерен в шлифах. В описании результатов опыта приведены указания на наличие отдельных выделений аутигенного кварца на зернах, источником которо­

73

го является перешедший в раствор S1O2 . Однако на помещенных фото шлифов выделений аутигенного кварца не видно. После опыта образова­лись кремневые корки на стенках цилиндров. Судя по отсутствию на фото выделений кварца около зерен, можно предполагать, что эти корки возник­ли за счет осаждения перешедшого в раствор SiO2 (от растворения на контактах зерен). Учитывая последнее, можно полагать, что в искусствен­ном кварцит-песчанике Фёрберна срастание зерен происходило без участия аутигенного' кварца и что оно также похоже на второй тип срастания в природных песчаниках.

Эксперименты по уплотнению песков, состоящих из кварца и кальци­та, позволили получить песчаники в результате пластической деформации зерен кальцита как в сухих, так и в насыщенных водными растворами об­разцах при давлении 1200 кГ/см2 и температуре IOO0C. В таблицах 20— 23 даны результаты исследования искусственных кварцевых песчаников с кальцитовым цементом.

В шлифах из искусственных известковых песчаников видно, что зерна кальцита, пластически деформируясь, заполнили пространство между квар­цевыми зернами, образовав базальный (>40°/о) и сгустковый ( <40%) це­мент (табл. XVI). В образцах со сгустковым цементом увеличивается ко­личество трещиноватых зерен кварца (до 80%) вследствие соприкоснове­ния их друг с другом в микроучастках без кальцита («жесткий» контакт в отличие от !«мягкого» контакта с кальцитовыми зернами). В насыщенных водными растворами образцах наблюдается коррозия (разъедание) зерен кварца и частичное замещение их кальцитом (табл. XVIa, 4), что совер­шенно аналогично таковому в природных песчаниках.

ДЕФОРМАЦИОННЫЕ И КОЛЛЕКТОРСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ПЕСЧАНИКОВ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ И ТЕМПЕРАТУРАХ

Влияние давления и тем пературы на деформационные и коллектор­ские свойства изучалось на песчаниках продуктивной толщи девона Туй- мазинского района. Эти песчаники сложены кварцевыми зернами разме­ром от 0,05 до 0,2 мм и сцементированы средним и слабым срастанием зерен (пористость 15—25%, проницаемость 90—1500 млд) . Эксперимен­ты, проведенные в матрицах при давлении до 6000 кГ/см2 и температуре 200° С, хотя и носили качественный характер, показали, что песчаники со средней цементацией (пористость 15—18%, проницаемость 90—200 млд, 80% длинных контактов) не дают заметных остаточных изменений по­ристости и проницаемости. Микроскопические исследования шлифов так­же подтверждают отсутствие каких-либо изменений структуры исследо­ванных песчаников (табл. I ll, XVII).

Однако в аналогичных девонских песчаниках, содержащих микроуча­стки с пленочным глинистым цементом в количестве до 5% (неравномер- но-сгустковый), уже при давлениях свыше 1000 кГ/см2 наблюдалось растрескивание, а в некоторых случаях и раздробление зерен в ми­кроучастках с глинистым цементом. Если в первом случае устойчивость песчаников обусловлена высокой прочностью каркаса сросшихся между со­бой зерен, то во втором, вследствие отсутствия срастания зерен из-за на­личия глинистого цемента, имела место остаточная деформация, в резуль­тате которой глинистый цемент выжимался в свободные поры. Вследствие этого зерна кварца приходили в соприкосновение по контактам с незначи­тельной площадью. Последнее вызывало высокую концентрацию напряже­ний в местах соприкосновения, что привело к разрушению этих зерен. На участках шлифов, не содержащих глинистого цемента, трещиноватые зерна отсутствовали вследствие развития в них цементации срастанием зе­рен.

74

Исследование деформационных свойств девонских песчаников, имею­щих высокие значения пористости (20—25%) и проницаемости (800— 1500 млд), обусловленные слабой цементацией срастанием зерен (<50% длинных контактов) проводилось на установке высокого давления. Эти

песчаники деформировались в условиях всестороннего сжатия в 500, 1000, 1500 и 2000 кГ/см2 при наложении избыточного вертикального давления. Анализ графиков деформации и шлифов показал, что разрушение рас­сматриваемых песчаников в пределах указанных давлений носит хруп­кий характер (деформация до разрушения не превышала 9 %) ■ В шлифах из деформированных образцов видно, что разрушение происходило по не­которым плоскостям, направленным под углом к оси образцов. В этих плоскостях сдвига (трещин разрыва), имеющих толщину 0,5—I мм, про-

' исходит или полное раздробление зерен кварца, или их растрескивание (табл. XVIII). Во всем остальном объеме образцов не имеется видимых

ί следов нарушения целостности зерен, несмотря на то что разрушающая ; нагрузка достигала 6800 кГ/см2 при всестороннем сжатии в 2000 кГ/см2.

Наибольший интерес преставляют исследования влияния деформиро­вания на изменение величины объема порового пространства в условиях всестороннего сжатия, которые проводились на песчаниках с различны­ми цементами. Ниже характеризуются эти песчаники.

1. Кварцевый песчаник из Клинского карьера (г. Клин Московской 1 обл.) сложен зернами кварца размером в среднем 0,15 мм, слабо сцементи- ; рован эпигенетическим срастанием зерен ( < 5 0 % длинных контактов)

и имеет открытую пористость около 20%, т. е. по составу, цементации и коллекторским свойствам он близок к слабоуплотненным песчаникам де­вона Туймазинского нефтяного месторождения.

2. Мелкозернистый кварцевый песчаник с глубины 1997—2000 м (Чек- магуш, Башкирия), который отличается от клинского более значитель­ной (средняя степень) цементацией срастанием зерен, наличием перавно-

Ji е р н о - б а з а л ы I о г о кальцитового цемента и им " ~т'рытую пористость, со­ставляющую 17,7%.

3. Мелкозернистый кварцевый песчаник с базальным глинистым це-■ ментом, имеющий полную пористость, достигающую 14,5%.

Деформирование этих песчаников проводилось в условиях высокого давления при всестороннем сжатии 3000 кГ/см2, поровом давлении

\ 750 кГ/см2 и t° = 20° С.Результаты исследований представлялись в виде графических зависи-

■ мостей CTg = / ( е 2), Oq = φ(εβ), где ε* и ее — соответственно продольная и поперечная относительные деформации образца, a G q — деформирующее

I продольное напряжение (избыточное).: Указанные зависимости позволяют опенивать изменение объема поро­

ды непосредственно в процессе деформирования.I На рис. 11 —13 приведены типичные диаграммы относительных , продольных (ε2) и радиальных (ее) деформаций исследованных песчани­

ков, а также изменение объема норового пространства (Δ V) в процен­тах.

Из приведенных диаграмм следует, что при указанном давлении дефор­мирование сопровождается уменьшением объема порового пространства во всех исследованных песчаниках.

Для клинского песчаника (рис. 11) уменьшение объема порового про­странства составляло 10% при продольной деформации 18,7%· Исследовз-

I ние шлифов деформированных образцов этого песчаника показало, что де­формация имела хрупкий характер, поэтому уменьшение объема порового пространства происходило за счет раздробления почти всех зерен и после­дующего их смещения.

Механизм деформации в данном случае может быть представлен следу­ющим образом. При равномерном всестороннем сжатии происходило только•

75

Ag , нГ/CM*

~άιχ,%ίΰ г SOO

Рис. 11. Кривые деформирова­ния песчаника со слабой эпи­генетической цементацией сра­станием зерен (пояснение см. в тексте)

S

Z

упругое уменьшение объема без разрушения зерен, что подтверждается микроскопическими исследованиями аналогичных песчаников, подвергну­тых давлению до 3000 кГ/см2 (табл. XVII). После приложения вертикаль­ного избыточного давления, при напряжениях выше предела текучести, на­чалось дробление зереп, и пористость уменьшалась по мере увеличения деформации. Вследствие этого число контактов и их площадь увеличились, а концентрация напряжений уменьшалась. Для дальнейшего разрушения зерен необходимо повышение избыточйого вертикального давления, вслед­ствие чего наклон кривых в области остаточных деформаций является по­ложительным.

В песчаниках, содержащих неравномерно-базальный кальцитовый це­мент, уменьшение объема порового пространства происходило также за счет дробления и смещения раздробленных кварцевых зерен. Однако зерна кварца, заключенные в кальцитовый цемент, сохранили свою целостность вследствие того, что величина деформации не превышала 2% 1 (рис. 12) и зерна кварца не соприкасались друг с другом. При данной величине дефор­мации, гак видно из рис. 12, уменьшение порового объема для этого песча­ника составило всего 1,2%.

Уменьшение пористости в процессе деформирования песчаников с ба­зальным глинистым цементом обусловлено остаточной деформацией глини­стого материала. Для этих песчаников характерно отсутствие раздроблен­ных кварцевых зерен даже при деформации 10%, вследствие того что зер- 1 на кварца разобщены глинистым цементом. Как видно из графика (рис. 13), при 10% продольной деформации пористость этого песчаника уменьшалась на 7 %, в то время как пористость клинского песчаника при такой же вели­чине продольной деформации уменьшалась на 4%. Однако следует учиты­вать, что в глинистом песчанике-неколлекторе общая пористость соответст­вует микропористости глинистого цемента, а в клинском песчанике откры­тая пористость соответствует межзерновой пористости коллектора.

Качественно такие же результаты были получены Хендиным (Handin, a. oth, 1963) при деформировании некоторых песчаников в условиях эффек­тивного давления до 1500 кГ/см2. Однако из экспериментальных данных Хендина следует, что уменьшение объема в результате деформирования происходит только при' значениях всестороннего сжатия, превышающих 500 кГ/см2 (что соответствует глубине .2000 м и более). При меньших же давлениях, наоборот, деформирование сопровождается увеличением объема за счет разрыхления породы.

Проведенные исследования показали, что давление действует неодина­ково на пески и различные природные песчаники. Кварцевые пески не вы-

1 Опыт прекращен вследствие разрыва оболочки.

76«

Рис. 12. Кривые деформирова- Рис. 13. Кривые деформирова­ния песчаника со средней ния песчаника с базальнымэпигенетической цементацией глинистым цементомсрастанием зерен

держивают (в экспериментальных условиях) давления больше 250— 450 кГ/см2 (растрескиваются и дробятся).

Уплотнение песков до песчаников в опытных условиях происходит за счет: а) поворотов и смещений зерен, б) трещиноватости и дробления зе­рен, в) цементации путем срастания зерен, г) цементации пластически де­формируемыми минералами (кальцит, глинистые минералы).

Свойства песчаников при высоких давлениях различны и зависят от состава и типов цемента. Девонские песчаники с неравномерно-сгустковым (5%) глинистым цементом не изменяются при давлениях меньше 1000 кГ/см2; при более высоких давлениях в микроучастках с глинистым цементом происходит растрескивание и дробление зерен.

Неглинистые девонские песчаники со средней цементацией срастанием зерен (>50% длинных контактов, открытая пористость 18%, проницае­мость до 200 млд) обладают высокой прочностью и не изменяются после действия давления в 6000 кГ/см2, которое примерно соответствует глубине 25 000 м.

В неглинистых песчаниках со слабым срастанием, зерен (< 50 % длин­ных контактов, открытая пористость 20—25%, проницаемость 800— 1500 млд) при всестороннем давлении 2000 кГ/см2 и при избыточном вер­тикальном давлении 6800 кГ/см2 образуются трещины разрыва.

Исследование деформирования песчаников в условиях совместного воз­действия всестороннего и порового давлений, соответствующих глубинам 10—12 км, показывает уменьшение порового объема, которое определяется также типом и составом цемента. Наиболее значительное уменьшение полной пористости, при деформировании характерно для песчаников с ба­зальным глинистым цементом. Песчаники, средне сцементированные сра­станием зерен, под давленйем претерпевают незначительные изменения пористости.

Г Л А В А С Е Д Ь М А Я

О КОЛЛЕКТОРСКИХ ПОКАЗАТЕЛЯХ ПРИРОДНЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ПЕСЧАНИКОВ

Экспериментальные исследования песков и песчаников под давлением позволили воспроизвести некоторые уплотняющие и цементирующие про­цессы, которые можно сравнить с таковыми в изученных погруженных по­родах.

Уплотнение песков, как показали опыты, начинается с поворотов и сме­щений зерен, которые при давлениях, соответствующих глубинам до 600 м (для крупнозернистых песков) и до 1200 м (для мелкозернистых), проис­ходят без растрескивания зерен. Повороты и смещения уменьшают пори­стость на 4—5 % · Они вызывают уплотнение контактов соприкосновения за счет лучшего приспособления их друг к другу (табл. 12). Наличие удли­ненных и даже длинных контактов приспособления в отличие от контак­тов срастания в природных песчаниках является признаком происходив­шего уплотнения при поворотах и смещениях зерен.

Растрескивание и дробление зерен песков в опытных условиях начиная с давлений 100—250 кГ/см2 — главный уплотняющий процесс (сокращает межаерновую пористость). В отличие от экспериментальных условий в пес­чаниках девонского и рифейского возраста, залегающих на глубинах от 1600 до 5000 растрескивание зерен слабо развито (обычно меньше I %) а раздробленные зерна совсем отсутствуют. Слабое развитие трещиновато­сти зерен в изученных погруженных песчаниках девонского и рифейского возраста Волго-Уральской области в отличие от искусственных песчаников обусловлено, во-первых, тем, что погружение в природных условиях проис­ходило медленно, а во-вторых, тем, что оно сопровождалось цементацией, которая препятствовала развитию трещиноватости зерен. Наличие трещи­новатых зерен в песчаниках казанлинснюй и такатинской свит можно объяснить их крупнозернистостью и вследствие этого замедленным разви­тием в них цементации срастанием зерен. По-видимому, трещиноватость зерен образовалась до наблюдаемой в настоящее время в этих песчаниках средней и сильной цементации срастанием зерен, создавшей прочный кар­кас зерен после их растрескивания.

Экспериментально нами получена цементация срастанием зерен только второго типа (без аутигенного кварца). Она образовалась под действием давления 1000—1200 кГ1смг в результате растворения по контактам сопри­косновения зерен кварца и полевых шпатов насыщающими водными раст­ворами при температуре 80—300° С. Полученная искусственная цемента­ция срастанием второго типа подтвердила принятое по данным петрографи­ческих исследований природных песчаников объяснение об образовании структур срастания зерен без аутигенного кварца в результате контактного растворения в условиях геостатического давления (Taylor, 1950; Lowry, 1956; Копелиович, 1958; и др.).

Сложнее решение вопроса о генезисе первого типа цементации сраста­нием зерен, в развитии которой участвуют аутигенный кварц и полевые

1 За исключением песчаников такатинской и казанлинской свит, залегающих наглубинах 2000—3200 м.

78

пшаты. В экспериментах Ферберна (Fairbairn, 1950) и Максвелла (Мах- ; well, 1960) указывается на получение единичных выделений аутигенного F кварца. По-видимому, такие выделения были нечетки, так как они не пока- E заны на микрофото шлифов. Вследствие этого только с натяжкой можно F считать, что в искусственных песчаниках воссоздан первый тип (вторая I разновидность) срастания зерен, в котором аутигенный кварц второй гене- [ рации, приуроченный к порам между соприкасающимися зернами, образо-I вался в результате переотложения SiO2, перешедшего в раствор под давле- ! нием.

Аутигенный кварц первой генерации экспериментально не удалось по- ; лучить, отчего цементация срастанием зерен первой разновидности перво- ; го типа пока не воспроизведена. В связи с этим можно предположить, что ' источником аутигенного кварца первой генерации является не только про­

цесс растворения в контактах зерен иод давлением. Например, остается неясным соотношение геостатического давления с давлением пластовых ра­створов. Возможно, нарастание аутигенного кварца вокруг несоприкасаю- щихся между собой, как бы плавающих, обломочных зерен могло создать аномально высокое давление пластовых растворов, значительно снижающее геостатическое давление.

Экспериментальные исследования показали, что для получения искус­ственных песчаников с цементацией срастанием зерен достаточным явля­ется давление в 1000 кГ/см2. В геологических условиях при несоизмеримо более длительном, чем в опытах, времени цементация срастанием зерен раз_ вивалась при давлениях меньше 1000 кГ/см2. Большая роль геологического возраста в образовании структур срастания зерен под давлением подтверж­дается наблюдаемой большей интенсивностью срастания в погруженных и более древних по возрасту песчаниках по сравнению с вышележащими бо­лее молодыми отложениями. Так, песчаники рифея сцементированы срас­танием зерен сильпее, чем девонские песчаники, залегающие с ними на одинаковых глубинах.

Искусственные песчаники с кальцитовым цементом, образованным в ре­зультате пластических деформаций кальцитовой фракции, указывают на возможность подобной цементации и в природных условиях, на что следует обращать внимание при петрографических исследованиях песчаных пород.

Экспериментальные исследования позволили установить, что коллектор­ские и деформационные свойства песчаников под давлением зависят от степени их цементации. Девонские песчаники со средней степенью сраста­ния зерен, преобладающие в нефтяных горизонтах, отличаются высокой прочностью каркаса сросшихся зерен. Вследствие этого в них даже под большим давлением (до 6000 кГ/см2) трещиноватость не развивается и на­блюдается незначительное уменьшение пористости. Так, под давлением, со­ответствующим глубинам 10 000—12 000 м, изменение порового объема не превышает 1,2%. В девонских песчаниках со слабой цементацией сра­станием зерен в связи с отсутствием прочного каркаса зерен под давле­нием, соответствующим глубинам 10 000—12 000 м, развиваются трещи­ны разрыва (зоны трещиноватости зерен), а уменьшение порового объема достигает 10%. Полученные зависимости позволят точнее определять возможные глубины существования пористых песчаников с различными типами цементации. Результаты опытных исследований показали, что в условиях давлений, соответствующих глубинам 10 000 м и более, могут су­ществовать пористо-проницаемые песчаники.

Глубины существования песчаников-коллекторов в разрезах глубоких скважин могут значительно отличаться от глубин, определенных по резуль­татам экспериментальных исследований, что связано с влиянием на форми­рование пород, кроме глубины залегания, комплекса других геологических факторов. К последним относятся: гранулометрический и минералогиче­ский составы обломочного материала, цементация седиментогенеза, диаге­

79

неза и эпигенеза, возраст, тектонические условия, минерализация и темпе­ратура пластовых вод.

Петрографические исследования показали, что коллекторские свойства песчаных пород терригенной толщи девона и нижнебавлинской свиты (ри­фей) определяются в основном эпигенетической цементацией, которая в свою очередь (помимо оедиментогенетических и диагенетических особен­ностей осадков) зависит от геологического возраста, палеотектоники и от глубины залегания.

Установлено также, что геологический возраст обусловил скачкообраз­ное снижение коллекторских свойств песчаников рифея (ПЭф составляет О—5 %, К колеблется от <il до 200 млд) по сравнению с девонскими песча­никами (П изменяется в продолах 5—27%, К изменяется от 50 до2 ООО млд), независимо от глубины залегания в интервалах 1600—36G0 м.

В отличие от геологического возраста увеличение глубины залегания песчаников одинакового возраста вызывает постепенно накапливающееся снижение пористости и проницаемости. В Волго-Уральской области для од­новозрастных песчаников разница в глубине залегания до 1000 м не ска­зывается на степени их эпигенетической цементации и на коллекторских свойствах.

На примере изучения песчаных пород рифейского возраста в Шкапов- ской глубокой скважине 740 получены данные, позволяющие глубину 5000 м считать предельной для сохранения пористости и проницаемости. При этом следует учитывать, что в рифейских отложениях и на глубинах не менее 5000 м могут встречаться практически непроницаемые песчани- ки-неколлекторы вследствие сильной эпигенетической цементации (Пуга­чевская скв. 10 и др.).

Для песчаников девонского возраста Волго-Уральской нефтегазаносной области пересчетом наблюдаемого снижения коллекторских показателей при увеличении глубины залегания от 1700 до 3200 м установлено, что мел­козернистые разности могут сохранить пористость и проницаемость до глу­бин 6000 м, а крупнозернистые — до 1000 м.

В районах активной тектонической деятельности влияние геологиче­ского возраста и отмеченная зависимость от глубины залегания не выра­жены потому, что здесь границы эпигенетической цементации песчаных пород смещены вверх от стратиграфических границ.

Проведенные исследования петрофизических свойств песчаников дево­на и рифея в некоторых разрезах Волго-Уральской нефтегазоносной про­винции и сравнение полученных результатов с данными эксперименталь­ных исследований показали, что при оценке коллекторских свойств песча­ных пород в зависимости от глубины их залегания следует исходить из ми- нералого-нетрофизического изучения пород и из анализа геологического строения того или иного региона.

Исходя из полученных данных, глубины существования песчаников- коллекторов в различных нефтегазоносных областях изменяются от 1000 м (Копелиович, 1958) до 6000—10 000 м (Карпов, 1964; Смирнова, 1965; Теодорович, Чернов, 1965). Данные о коллекторских свойствах песчаников, полученные на основании экспериментального изучения, согласуются с ре­зультатами исследований песчано-алевритовых пород продуктивной толщи Азербайджана, выполненными Г. И. Теодоровичем и А. А. Черновым (1965). Установленные высокие коллекторские показатели третичных пес­чаников на глубинах до 4000 м включительно и отсутствие заметного уменьшения пористости с глубиной в указанном интервале (Теодорович, Чернов, 1965) позволяют рассчитывать на сохранение коллекторских свойств песчаниками третичного возраста также и на больших глубинах, которым отвечают условия и результаты экспериментов (до 10000 м).

Таким образом, полученные результаты экспериментальных исследова­ний, указывающие на то, что в условиях давлений, соответствующих глу­80

бинам 10000 м и более, могут существовать пористо-проницаемые песча­ники, следует использовать только при оценке коллекторских свойств глу- бокопогруженных песчаников молодого возраста.

Проведенное изучение и данные, получепные другими исследователями, показывают, что глубины погружения, на которых песчаные породы утра­чивают свойства гранулярного коллектора, различны в разных геологиче­ских провинциях; внутри глубоких впадин эти предельные глубины значи­тельно варьируют в зависимости от геологического возраста, грануломет­рического состава, влияющего на степень вторичной цементации песчани­ков, и других геологических факторов. Предельные глубины существования гранулярных коллекторов могут изменяться от I —2 км до 6 км и более.

Л И Т Е Р А Т У Р А

А б р а м о в а Е. А. Аутигенные минералы в песчаных и алевритовых породах дево­на.— Труды Ин-та нефти АН СССР, т. VII. М., Изд-во АН СССР, 1956. ч

А в д у е и н П. П. Структура коллекторов нефти — Изв. АН СССР, 1947, № 6.А в д у с и н П. П., Ц в е т к о в а М. А. О классификации коллекторов.— Докл. АН

СССР, 1943, 7, № 2.А в д у е и н П. П., Ц в е т к о в а М. А., К о н д р а т ь е в а М. Г. Литология и фации

палеозойских отложений Саратовского и Куйбышевского Поволжья. М., Изд-во AU СССР, 1955.

Б а й д ю к Б. В. Механические свойства горных пород при высоких давлениях и тем­пературах. М., Гостоптехиздат, 1963.

Б а й д ю к Б. В., П а в л о в а Η. Н. и др. Установка для определения механических свойств горных пород в условиях всестороннего сжатия до 5000 кГ/см2 и при температуре до 350° С.— Бюлл. ЦИТЭИН, 1962, вып. I.

Б а л у х о в с к и й М. П., К л и м е н к о В. Я. Закономерность изменения пористости и проницаемости песчаников в зависимости от состава и типа цемента в Днепров­ско-Донецкой впадине и на окраине Донбасса.— Геологический журнал АН УССР.1955, 15, вып. 2.

Б а т у р и н В. П. Петрографический анализ геологического прошлого по терриген­ным компонентам. М., Изд-во АН СССР, 1947.

Г у б к и н И. М. Литологический состав нефтеносных пород.— В кн. «Учение о неф­ти». М., ОНТИ, 1934.

Г а в р и л е н к о Е. С. Гидрогеологические условия в нефтеносных горизонтах Баш­кирии.— В сб. «Геолого-геохимические исследования нефтегазоносных областей СССР». М., Изд-во АН СССР, 1960.

Д о б р ы н и н В. М. Физические свойства нефтегазовых коллекторов в глубоких скважинах. М., изд-во «Недра», 1965.

Е р м о л о в а Е. П. О последовательности процессов минералообразования в песча­ных отложения миоцена и олигоцена Грузии.— Докл. АН СССР, 1953, 90, № 2.

Е р м о л о в а Е. П. Образование аутигенных минералов в песчаных и алевритовых отложениях миоцена и олигоцена Грузии. Матер, по геол. и нефтенос. Грузии. М., Изд-во АН СССР, 1956.

Ж д а н о в М. А. Нефтепромысловая геология. Гостоптехиздат, 1962.З и н г е р А. С., П л о т н и к о в Ю. П. Подземные воды газонефтяных месторождений

Нижнего Поволжья.— Геология нефти и газа, 1960, № 12.К а л и н к о М. К. Об общей классификации коллекторов нефти и газа.— Геология

нефти, 1958, № 7.К а л и н к о М. К. Методика исследования коллекторских свойств кернов. М., Гостоп­

техиздат, 1963.К а р п о в П. А. Некоторые закономерности изменения пористости терригенных пород

в зависимости от глубины залегания (на примере девонских отложений Волго­градской области).— Литология и полезные ископаемые, 1964, № 5.

К л у б о в а Т. Т. Роль глинистых минералов в преобразовании органического веще­ства и формировании порового пространства коллекторов. М., изд-во «Наука», 1965.

К о м а р о в В. Л., П о с т н и к о в Д. В. Влияние геологического возраста и глубины залегания на коллекторские свойства песчаных пород.— Докл. АН СССР, 1964,

I 159, № I .

К о н д р а т ь е в а М. Г. Рифейские и девонские отложения Саратовского Поволжья в связи с перспективами их нефтегазоносности. Автореф. докт. дисс., Саратов­ский гос. ун-т, 1966.

К о н ю х о в И. А. О зависимости петрофизических свойств терригенных пород от их литологии.— Вестник МГУ, 1961, № 3.

К о п е л и о в и ч А. В. Особенности эпигенеза песчаников Могилевской свиты юго-за- пада Русской платформы и некоторые вопросы с ними связанные.— Изв. АН СССР, сер. геол., 1958, № И.

К о п е л и о в и ч А. В. Эпигенез древних толщ юго-запада Русской платформы. Изд-во «Наука», 1965.

82

К о п е л и о в и ч А. В., К о с с о в с к а я А. Г., Ш у т о в Б. Д. О некоторых особенно­стях эпигенеза терригенных отложений платформенных и геосинклинальных об­ластей,— Изв. АН СССР, сер. геол., 1961, № 6.

К о с с о в с к а я А. Г. Минералогия терригенного мезозойского комплекса Вилюйской впадины и западного Верхоянья,— Труды ГИН, 1962, вып. 63.

К о с с о в с к а я А. Г., Л о г в и н е н к о Н. В., Ш у т о в В. Д. О стадиях формирования и изменения терригенных пород.— Докл. АН СССР, 1957, 116, № 2.

К о т я х о в Ф. И. Основы физики нефтяного пласта. М., Гостоптехиздат, 1956.К р и н а р и А. И. Об унифицированной схеме классификации коллекторов нефти и

газа.— Геология нефти и газа, 1959, № 7.Л е в о р с е н А. И. Поровое пространство нефтяного пласта. В кн. «Геология нефти».

М., ИЛ, 1958.М а л ы ш е к В. Г., О б у х о в О. К. О цементирующих средах и закономерностях из­

менения пористости и проницаемости продуктивных горизонтов нефтяных место­рождений Кубани.— Геология нефти и газа, 1960, № 10.

М и л ь н е р Г. В. Петрография осадочных пород. М., ИЛ, 1968.M и н з б е р г А. В. Исследование коллекторских свойств пород верхнего отдела про­

дуктивной толщи Апшеронского полуострова и зависимость их от цементации. Автореф. канд. диссерт., Баку, 1958.

M и р ч и н к М. Ф. Промысловая геология. М., Гостоптехиздат, 1950.Н а л и в к и н В. Д., Р о з а н о в Л. H., Ф о т и а д и Э. Э. и др. Волго-Уральская нефте­

носная область. Тектоника.— Труды ВНИГРИ, нов. сер., 1956, вып. 100.О в а н е с о в Г. П. Формирование залежей нефти и газа в Башкирии, их классифика­

ция и методы поисков. М., Гостоптехиздат, 1962.IIe-Hi т ич Е. Л., П р е о б р а ж е н с к а я Г. С., И в а н о в а К. П. Исследования усло­

вий формирования залежей нефти юго-востока Волго-Уральской области.— Тру­ды ВНИГРИ, 1963, вып. 216.

II о л о н с к а я Б. Я. Петрография и фациальные особенности девонских отложений Куйбышевского Поволжья. М., Изд-во АН СССР, 1956. '

П р о ш л я к о в Б. К. Зависимость коллекторских свойств от глубины залегания и ли­тологического состава пород.— Геология нефти и газа, 1960, № 12.

' Решения по уточнению унифицированных стратиграфических схем верхнего проте­розоя и палеозоя. М., Гостоптехиздат, 1962.

С м и р н о в а Н. В. О типах цемента и влиянии цементации на коллекторские свой­ства песчаных пород.— Труды ВНИИ, 1954, вып. 4.

С м и р н о в а Н. В. Новые данные по сопоставлению разрезов угерской свиты в Пред- карпатье.— Труды ВНИИ, 1957, вып. 2.

С м и р н о в а Н. В. Типы цемента и влияние их на проницаемость песчаных пород.— Геология нефти и газа, 1959, № 7.

С м и р н о в а Н. В. Влияние окварцевания на коллекторские свойства песчаников девона Волго-Уральской области.— Геология нефти и газа, 1961, № 7.

Стратиграфические схемы палеозойских отложений (девон, додевон). Труды совеща­ния по уточнению стратиграфических схем палеозоя Волго-Уральской нефтегазо­носной провинции. М., Гостоптехиздат, 1962.

С т р а х о в Η. М. Основы теории литогенеза, т. I—III. М., Изд-во АН СССР, 1962.Т е о д о р о в и ч Г. И. О классификации песчаников по вещественному составу обло­

мочных зерен и цемента. В кн. «Стратиграфия, петрография и фации девона Ми­нусинских и Назаровских впадин». М., Изд-во АН СССР, 1958а.

Т е о д о р о в и ч Г. И. Аутигенные минералы осадочных пород. М., Изд-во АН СССР, 19586.

Т е о д о р о в и ч Г. И., Ч е р н о в А. А. О минералого-петрографических и физических изменениях пород продуктивной толщи с глубиной в пределах Апшеронской нефтегазоносной области.— Советская геология, 1965, № 9.

T р е б и н Ф. А. Нефтепроницаемость песчаных коллекторов. М., Гостоптехиздат, 1945.

Ф о т и а д и Э. Э. О зависимости пористости и проницаемости пород осадочного покро­ва от глубины залегания.— Геология нефти и газа, 1957, № 4.

X а н и н А. А. Газопроницаемость сцементированных песчаных пород.— Разведка и охрана недр, 1952, № 4.

X а н и н А. А. К вопросу определения коллекторских свойств несцементированных песчаных пород,— Труды ВНИИГАЗ, 1953, вып. 4.

X а н и н А. А. О классификации пород-коллекторов нефти и газа.— Разведка и охра­на недр, 1956, № I.

X а н и н А. А. Коллекторы нефти и газа месторождений СССР. М., Гостоптехиздат, 1962.

X. и т а р о в Н. И. Экспериментальная характеристика устойчивости кварца и мигра­ции кремнезема в гидротермальных условиях.— Труды IV Совещания по экспе- рим. петрографии и минералогии, вып. 2. М., Изд-во АН СССР, 1952.

Ц в е т к о в а М. А. О влиянии уплотнения рыхлых песчаных коллекторов на филь­трующие их способности.— Докл. АН СССР, 1950,· 20, № 3.

1I а р ы г и н М. И., В а с и л ь е в Ю. М., Ф и л и н ч у к Б. А. и др. Первые результаты

83

бурения Аралсорской опытно-опорной скважины в Прикаспийской впадине.— Геология нефти и газа, 1966, № 4.

Ч е п и к о в К. Р., Е р м о л о в а Е. П., О р л о в а Н. А. Эпигенные минералы как по­казатели времени прихода нефти в песчаные промышленные коллекторы.— Докл. АН СССР, 1959, 125, № 5.

Ч е р н и к о в О. А. К методике определения степени изменения структуры обломоч­ных пород.— Литология и полезные ископаемые, 1964, № 6.

Ш в е ц о в М. С. Пески и песчаники. В кн. «Петрография осадочных пород». М., Гос- топтехиздат, 1948а.

Ш в е ц о в М. С. Цемент песчаных пород, его происхождение, состав и взаимоотно­шение с зернами. В кн. «Петрография осадочных пород». М., Гостоптехиздат, 19486.

Ш р е й н е р Л. А. Физические основы механики горных пород. М., Гостоптехиздат, 1950.

Ш у т о в В. Д. Зоны эпигенеза в терригенных отложениях платформенного чехла (на примере изучения рифейских и палеозойских отложений восточной части Рус­ской платформы).— Изв. АН СССР, сер. геол., 1962, № 3. ч

Щ е р б и н а В. Н. О методике массового определения карбонатных осадочных по­род.— Труды ИГН АН СССР, 1958, вып. I.

Я к у ш е в В. П., С м и р н о в а Н. В., Результаты экспериментальных исследований по уплотнению и цементации песчаных коллекторов. В сб. «Экспериментальные исследования в области разработки глубоких нефтяных и газовых месторожде­ний». М., изд-во «Наука», 1964.

A r c h i e G. Е. Introduction to petrophisics of reservoir rocks.— BAAPG, 1950, 34, N 5.C r a m J. H. Deep hunting grouds.— BAAPG, 1963, 47, N 12.H a n d i n J., H a g e r R. V., F r i d m a n M., F e a t h e r J. N. Experimental deformation

of sedimentary rocks under confining pressure, pore pressure tests.— BAAPG, 1963, U , N 5.

I l e a l d M. F. Cementation Simpoon and St. Peter sendstones of parts of Oklahoma, Ar­kansas and Missouri.— Journ. Geol., 1956, N I.

F a i r b a i r n H. W. Synthetic quartzite.— Am. Miner., 1950, 35, N 9—10.Lo w r y N. D. Factors in loss of porosity by guartzose, sandstones of Virginia.— BAAPG,

1956, 40, N 3.M a x w e l l J. C. Experiments of compaction and cementation of sand.— Men. Geol. Soc.

Amer., 1960, N 79.M a x w e 11 J. C. Influence of depth, temperature and geological age on porosity of guart­

zose sandstone.— BAAPG, 1964, 48, N 5.T a y l o r J. M. Pore-space reduction in sandstones.— BAAPG, 1950, 34, N 4.W a l d s c h m i d t W. A. Cementing materials in sandstones and their probable influen­

ce on migration and accumulation of iol and gas.— BAAPG, 1941, 25, N 10.

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение ....................................................................................................................................... 5

Г л а в а п е р в а яМетодика петрографических исследований цементации в коллекторах песча­ного т и п а ..................................................................................................................................... 7

Минеральные ц е м е н т ы ............................................................................................. 8Равномерные ц ем ен т ы .................................................................................... 8Неравномерные ц е м е н т ы .............................................................................. 10Степень цементации м и нер алам и .............................................................. 13Типы минеральных цементов по структуре цементирующих мине­ралов ...................................................................................................................... 13

Цементация срастанием з е р е н ............................................................................. 14Срастание з е р е н .............................................................................................. 14Степень цементации срастанием з е р е н ................................................... 16

Влияние цементации на коллекторские свойства песчаников . . . . 18 Зависимость между количеством и типами минеральных цемен­тов и проницаем остью ................................................................................. 19Зависимость коллекторских показателей от цементации срастани­ем з е р е н ............................................................................................................ 21

Г л а в а в т о р а яКраткие сведения о геологическом строении районов б у р е н и я ......................... 24

Г л а в а т р е т ь яПетрография и коллекторские свойства песчаных пород д е в о н а ......................... 29

Песчаники и алевролиты терригенной толщи в скважинах Туймазы,Шкапово и д р у г и х .............................................................................................................29Песчаники девона Пугачевской скважины, 10 . . . . .....................................39

Песчаники такатинской свиты . ....................................................................... .......43Песчаники казанлинской с в и т ы ........................................................................... .......44

Г л а в а ч е т в е р т а яПетрография и коллекторские свойства песчаников нижнебавлинской свиты ( р и ф е й ) ............................................................................................................................ ... . · 46

Обломочный материал п есч ан и к ов ....................................................................... 46Цементация и коллекторские с в о й с т в а ............................................................ 49О трещиноватости и ст и л о л и та х ......................................................................... 60

Г л а в а п я т а яИзменения коллекторских свойств песчаников девонского и рифейского возра­ста в зависимости от увеличения глубины их за л ега н и я ................................... 61

Г л а в а ш е с т а яЭкспериментальные исследования песков и песчаников при высоких давле­ниях и тем пературах.............................................................................................................. 67

Краткое описание методики исследований ....................................................... 67Получение искусственных песчаников из п е с к о в ........................................ 68Деформационные и коллекторские свойства природных песчаников при высоких давлениях и тем п ер атур ах................................................................. 74

Г л а в а с е д ь м а яО коллекторских показателях природных и искусственных песчаников . . . 78

Л и т е р а т у р а ........................................................................................................................ 82

Таблицы ........................................................................................................................................

Нина Вас ил ьев на Смирнова, Василий Петрович Я к уш ев

Свойства коллекторов песчаного типа на больших глубинах

(петрографические и экспериментальные исследования)

Утверждено к печати Институтом геологии и разработки горю чих ископаем ы х Министерства нефтедобывающей промыш ленности СССР

Редактор издательства Л. А . Рабинович.Технический редактор Е. Н. Евтянова

Сдано в набор 19/V-1969 г. Подписано к печати 16/IX-19G9 г.Формат 70 X108Vi6. Уел. печ. л. 7,3 + 2,8 уел. п. л. на меловой бумаге

Уч.-изд. л. 9,0. Тираж 750 экз. Т-13616. Тип. зак. 2301. Бумага № I.Ц ена 90 поп.

Издательство «Наука». Москва, К-62, Подсосенский пер., 21

2-я типография издательства «Наука». Москва, Г-99, Шубинский пер., 10